Biotechnologia i biologia eksperymentalna roślin
Prace naukowe w zakresie biotechnologii i biologii eksperymentalnej roślin koncentrują się na następujących tematach badawczych:
Badania te obejmują analizę struktury chromatyny w różnych fazach cyklu komórkowego, analizę wielkości genomów jądrowych u różnych gatunków oraz fizycznej lokalizacji genów i niekodujących sekwencji DNA, w tym genów odpowiadających za ważne cechy użytkowe u roślin uprawnych. Przedmiotem badań jest również detekcja i charakterystyka przemian chromosomowych, zachodzących podczas procesów filogenetycznych, ontogenetycznych i w wyniku zabiegów biotechnologicznych. Oceniana jest także stabilność genomu roślinnego poddanego działaniu fizycznych i chemicznych czynników mutagennych. Badania prowadzone są często na gatunkach uznanych za modelowe, co zwiększa interdyscyplinarność i złożoność analiz.
2. Genomika funkcjonalna roślin uprawnych i modelowych.
Prowadzone badania mają na celu identyfikację i określenie roli genów związanych z wybranymi procesami rozwojowymi roślin oraz genów kontrolujących reakcję roślin na stresy abiotyczne. Podstawowymi obiektami badań są: gatunek uprawny (Hordeum vulgare) oraz modelowy (Arabidopsis thaliana). U H. vulgare badania dotyczą identyfikacji i charakterystyki działania genów:
- kontrolujących rozwój systemu korzeniowego, ze szczególnym uwzględnieniem włośników;
- związanych z metabolizmem brassinosteroidów i strigolaktanów w aspekcie ich roli w rozwoju pędu;
- związanych z reakcję roślin na stresy abiotyczne ze szczególnym uwzględnieniem stresu niedoboru wody;
- odpowiedzialnych za procesy naprawy DNA.
Prowadzone są także prace nad określeniem roli epigenetycznych modyfikacji, w szczególności metylacji DNA, w adaptacji roślin do warunków stresowych. Odrębnym przedmiotem badań są genetyczne i epigenetyczne mechanizmy kontrolujące procesy regeneracji roślin w kulturze in vitro, badane u A. thaliana w aspekcie identyfikacji kluczowych genów determinujących plastyczność rozwojową roślin oraz ich regulacji na poziomie transkrypcyjnym i potranskrypcyjnym. U jęczmienia prowadzone są prace nad identyfikacją molekularnych mechanizmów prowadzących do albinizmu w kulturze izolowanych mikrospor in vitro.
Badania dotyczą regulacji morfogenezy organów i tkanek roślinnych ze szczególnym uwzględnieniem morfogenezy wierzchołka korzenia i pędu oraz powstawania organów bocznych. Modelowanie oraz ilościowa analiza wzrostu i geometrii organów wzbogacone są badaniami biomechanicznych podstaw wzrostu, w tym roli cytoszkieletu i właściwości mechanicznych ściany komórkowej w regulacji wzrostu merystemów apikalnych i bocznych. Modelowanie matematyczne wzrostu z uwzględnieniem ukierunkowanych podziałów komórek i symulacje komputerowe oparte są na danych empirycznych. Umożliwia to w ujęciu biomechanicznym rozpoznawanie cech fenotypowych ważnych w hodowli roślin użytkowych.
4. Geneza i funkcja potencjałów elektrycznych u roślin.
Powstawanie elektrycznych gradientów jest fundamentalnym przejawem przekazywania sygnałów u roślin. Badania dotyczą zmian potencjału membranowego plazmalemmy i modulacji aktywności wolnych kanałów wakuolarnych (SV channels) w odpowiedzi na światło, temperaturę, metale ciężkie, hormony i inne czynniki. W badaniach zastosowane są dwie podstawowe techniki – technika patch‑clamp i elektrod wewnątrzkomórkowych.
5. Analizy komunikacji symplastowej oraz udziału fizyko-chemicznych zmian ściany komórkowej w różnicowaniu komórek.
Mechanizmy różnicowania komórek roślinnych poznawane są w aspekcie komunikacji symplastowej oraz zmian fizyko-chemicznych ściany komórkowej. Badania komunikacji symplastowej dotyczą analizy tworzenia domen symplastowych w rozwoju roślin od zarodka do siewki oraz ich roli w powstawaniu tkanek i organów a także zmian tego procesu, wymuszanych warunkami środowiska. Analizy tego typu mogą się przyczynić się do pełniejszego poznania roli symplastu i apoplastu w rozwoju roślin, a co za tym idzie wykorzystania w przyszłości tej wiedzy do „projektowania” roślin o wymaganych cechach.
W badaniach wykorzystuje się następujące metody badawcze:
- cytometrię przepływową i obrazową;
- techniki cytogenetyki molekularnej, m. in. fluorescencyjną hybrydyzację DNA-DNA in situ i immunobarwienia;
- testy genotoksyczności (TUNEL, kometowy);
- techniki obrazowania 3D z wykorzystaniem mikroskopii konfokalnej i zaawansowanych metod cyfrowej obróbki obrazu;
- techniki edycji genomu i mutagenezy ukierunkowanej (system CRISPR/Cas9)
- transmisyjną i skaningową mikroskopię elektronową;
- markery molekularne (AFLP, SSR, SNP);
- klonowanie i sekwencjonowanie i DNA, w tym sekwencjonowanie z wykorzystaniem NGS;
- analizy transkryptomów z wykorzystaniem mikromacierzy DNA, Real-Time qPCR; RNA-seq
- metody analizy różnicowej proteomów;
- strategię TILLING;
- techniki bioinformatyczne;
- techniki kultur in vitro roślin, kultury pylnikowe, kultury izolowanych mikrospor i kultury protoplastów;
- techniki transformacji genetycznej z wykorzystaniem Agrobacterium;
- klasyczne pomiary elektrofizjologiczne; pomiary techniką patch clamp; komórkową sondę ciśnieniową;
- badania tensometryczne z wykorzystaniem testów reologicznych;
- modelowanie komputerowe wzrostu i rozwoju organów roślin z zastosowaniem metody tensora wzrostu w ujęciu biomechanicznym
- wykorzystaniem metod numerycznych;
- immunohistochemia na poziomie mikroskopu świetlnego i elektronowego
- wykorzystanie fluorochromów do analizy komunikacji symplastowej w warunkach in vivo i in vitro na poziomie mikroskopu świetlnego (jasne pole i mikroskop konfokalny).
