Raziskovalni projekti

Nosilec: dr. Janja Zajc, Kmetijski inštitut Slovenije

Sodelujoče organizacije:  481 Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta

Opis projekta

Moderna prehrana narekuje strmo povečanje proizvodnje jagodičja v Evropi. Gojenje mehkega sadja je postalo še posebej privlačno za specializacijo malih podjetji v Sloveniji in kot strategija razvoja podeželja, saj imajo z vitamini, antioksidanti in vlakninami bogati sadeži veliko dodano vrednost.

Vrste rodu Botrytis, še posebno Botrytis cinerea, ki je prepoznan kot drugi najpomembnejši rastlinski patogen, povzročajo mehko gnilobo (sivo plesen) pri več kot 500 rastlinskih vrstah. Mehki sadeži kot so jagode so še posebej nagnjeni k mehanskim poškodbam in občutljivi na propadanje, ki ga povzročajo glive pred ali po obiranju. Strategija za zatiranje Botrytis spp. vključuje več aplikacij fungicidov v rastni sezoni. Hiter razvoj multiple odpornosti proti fungicidom pa kritično zmanjšuje učinkovitost kemičnega nadzora. Poleg tega že desetletja dolgotrajni in nevarni učinki pesticidov na okolje in ljudi vzbujajo zaskrbljenost javnosti. Alternativni pristopi, ki zmanjšujejo uporabo pesticidov v kmetijstvu spodbujajo nacionalne in evropske strategije za bolj trajnostne in organske metode pridelave hrane. Eden najbolj obetavnih pristopov je uporaba mikrobnih antagonistov, kot so kvasovke in glive, ki preprečujejo rast rastlinskih, vendar je zaradi njihove omejene učinkovitosti iskanje bolj potentnih sevov zelo aktualno. Poleg tega je na voljo zelo malo podatkov o mehanizmih delovanja biotičnih sredstev in razkritje načina delovanja bo pomemben prispevek k znanosti in stroki.

Na podlagi zmanjšane učinkovitosti kemičnih fungicidov proti B. cinerea, povečanega povpraševanja po ekološkem kmetijstvu in povečanju pridelave jagodičevja, smo zasnovali raziskovalni potek dela z namenom iskanja antagonističnih gliv primarno proti vrstam Botrytis spp. ter proti drugima dvema najpomembnejšima boleznima jagod; to sta pepelasta plesen jagode - Podopshaera aphanis ter antraknoza, ki jo povzroča Colletotrichum acutatum. Projekt bo med drugim odkril nove principe interakcij med nekomercializirani glivni sevi, ki inhibirajo rast Botrytis spp. preko topnih sekundarnih metabolitov. V presejalne teste antagonističnih lastnosti proti Botrytis spp. in vitro in in vivo bomo vključili širok spekter filogenetsko raznolikih gliv, ki so na voljo v zbirkah KIS in Ex. Izolati z najboljšim delovanje proti Botrytis spp. bodo preizkušani tudi proti P. aphanis in C. acutatum. Način antagonističnega delovanja in interakcije z Botrytis spp. bomo raziskovali s transkriptomskimi in metabolomskimi analizami. S primerjavo med aktivnimi in neaktivnimi sevi iste vrste, bomo določili topne ali hlapne organske komponente povezane z antagonizmom in identificirali med interakcijo antagonista in patogena specifično izražene gene.

Učinkovitost glivnega antagonista za zaščito jagod v laboratorijskih razmerah pogosto slabo korelira z učinkovitostjo v realnih pogojih pridelave. Zato bomo izvedli in planta poskus v katerem bomo uporabili izbranega antagonista za zaščito jagodnjaka. Učinkovitost izbranega seva bo ocenjena s pomočjo hiperspektralnega slikanja, ki bo odkrilo zdravstveno stanje rastlin s spremembami v fiziologiji, kar bomo povezali s kemometričnimi analizami listov in pridelanih plodov.

Rezultati tega projekta bodo identificirali nove seve antagonističnih gliv uporabnih za biotično varstvo proti Botrytis spp. Pomembno znanje o glivnem antagonizmu, ki bo novo z znanstvenega vidika, bomo pridobili preko preučevanja transkripcijskega odziva na dejanskem sadju. Poleg tega bomo pomembno doprinesli k vrednotenju zdravstvenega stanja rastlin po aplikaciji biotičnega agensa z vpeljavo visoko zmogljive metode hiperspektralnega snemanja in razvojem napovednih modelov kakovosti jagod. Pri projektu dobljeni rezultati bodo omogočali odkritje za biotično varstvo koristnih lastnosti in principov delovanja, kar bi lahko v prihodnosti privedlo do komercializacije in praktične uporabe v proizvodnji jagod.

Cilji

Vsak od spodnjih predlaganih ciljev našega projekta obravnava ključne izzive, s katerimi se srečuje kmetijstvo, vključno z:

a) razvojem multiple odpornosti na fungicide pri Botrytis spp., zlasti B. cinerea;

b) nujno potrebo po razvoju trajnostnih, okolju prijaznih sredstev za zaščito rastlin (zamenjava sintetičnih pesticidov v kmetijstvu z sredstvi biotičnega varstva); 

c) povečano pridelavo jagodičja z dodano vrednostjo (bogatega z vitamini, antioksidanti in vlakninami), ki za (slovenske) kmete postajajo gospodarsko vse pomembnejše).

Cilji predlaganega projekta so:

• Razrešiti taksonomsko raznolikost na fungicide odpornih vrst znotraj rodu Botrytis, ki se pojavljajo v slovenskih proizvodnih centrih za sadje Preučiti antagonistični potencial kandidatnih antagonističnih gliv proti Botrytis spp. in Podosphaera aphanis ter Colletotrichum acutatum v in vitro testih in na plodovih jagod. Preizkusiti učinkovitost izbranega antagonista v lončnih poskusih, spremljati metabolni odziv rastline in ovrednotiti kakovost tako pridobljenih plodov. Razumeti dejavnike in mehanizme, ki določajo koristno interakcijo med antagonistom in rastlinskim patogenom z uporabo metabolomskih in transkriptomskih pristopov.

Aktivnosti

Delo na projektu je razdeljeno v šest delovnih sklopov, od katerih prvih pet naslavljaja zgoraj opisane cilje. Šestiti delovni sklop pa je namenjen razširjanju rezultatov.

Delovni sklop 1 – Zbirka antagonističnih in patogenih sevov

Cilj prvega delovnega sklopa je pripraviti zbirke potencialnih antagonističnih sevov (kvasovkam podobnih gliv) ter izbrati številne seve Botrytis spp., ki pokrivajo raznolikost vrst in patotipov opaženih v Sloveniji.

Delovni sklop 2 – In vitro antagonizem koristnih gliv proti izbranim patogenom jagod

Preučili bomo antagonistični potencial kandidatnih antagonističnih gliv proti Botrytis spp. in Podosphaera aphanis ter Colletotrichum acutatum v različnih in vitro testih: s ko-kultivacijo (dvojna kultura; dual culture plate - DCP) ter s testoma topnih organskih spojin (soluable organic compound - SOC) in hlapnih organskih spojin (volatile organic compound - VOC).

Delovni sklop 3 – In vivo antagonizem izbranih koristnih gliv proti izbranim patogenom jagod

Nekaj najučinkovitejših sevov z najvišjo antagonistično aktivnostjo, odkritih v presejalnih testih in vitro, bomo preizkusili na njihovo sposobnost zaviranja Botrytis spp., Podosphaera aphanis ter Colletotrichum acutatum na površinsko steriliziranih plodovih/listih in preko izločanja hlapnih organskih snovi.

Delovni sklop 4 – Poskus biotičnega varstva z izbranimi glivami proti patogenom na žlahtnem jagodnjaku

V tem delovnem sklopu bomo preizkusili učinkovitost izbranega antagonista na rastlinah žlahtnega jagodnjaka z vrednostenjem bolezenskih znakov, spremljali bomo metabolni odziv rastline in ovrednotili kakovost tako pridobljenih plodov. Združili bomo kemometrične analize in analize hiperspektralne fenotipizacije.

Hiperspektralno slikanje nam bo omogočilo natančnejši opis fenotipa vsake rastline ter empirično ocenjevanje vpliva eksperimentalnih obravnav na fiziologijo rastline in strukturo listov. Poleg tega bomo s kombiniranjem algoritmov strojnega učenja za regresijo s kemičnimi analizami razvili nove metode za kemometrično analizo, na primer napoved količine primarnih in sekundarnih presnovnih snovi. Te metode bodo omogočile nadaljnje raziskave in razvoj modelov za napoved kakovosti jagod.

Delovni sklop 5 – Analiza načina delovanja glivnih antagonistov proti patogenom jagod

V tem delovnem paketu bomo raziskali način delovanja izbranih sevov potencialnih antagonistov proti Botrytis spp. Določili bomo proizvodnjo sideroforov, encimov ter drugih topnih in hlapnih spojin najučinkovitejših sevov. Preučili bomo tudi izražanje genov potencialnih antagonistov in preizkušenih sevov Botrytis spp. v diferencialnem pristopu.

Delovni sklop 6 – Upravljanje projekta in razširjanje znanja

Delo bo potekalo v skladu s porazdelitvijo nalog, tako da bo v vsakem delovnem paketu poudarek na doseganju mejnikov, ki vplivajo na časovni potek nadaljnjega dela projekta. Rezultati projekta bodo zanimivi za znanstveno in splošno javnost; zato načrtujemo objavo naših rezultatov v znanstvenih revijah kot tudi v popularno-znanstvenih revijah, ki dosežejo širši krog bralcev, na konferencah in strokovnih srečanjih.

Rezultati

Ključni rezultati (poročila) bodo objavljeni naknadno.