CORDIS
Wyniki badań wspieranych przez UE

CORDIS

Polski PL

Application of high-sensitive and high-throughput molecular tools to disentangle the mechanisms of heavy metals accumulation and tolerance in mosses: epigenetic and transcriptomic approaches

Informacje na temat projektu

Identyfikator umowy o grant: 704141

  • Data rozpoczęcia

    1 Lipca 2016

  • Data zakończenia

    25 Sierpnia 2019

Finansowanie w ramach:

H2020-EU.1.3.2.

  • Całkowity budżet:

    € 239 191,20

  • Wkład UE

    € 239 191,20

Koordynowany przez:

AGENCIA ESTATAL CONSEJO SUPERIOR DEINVESTIGACIONES CIENTIFICAS

Polski PL

Badanie reakcji mchów na zanieczyszczenie dzięki nowatorskim narzędziom molekularnym

Dzięki realizacji finansowanego przez UE projektu naukowcy specjalizujący się w badaniach roślin pogłębili swoją wiedzę na temat mechanizmów, które pozwalają niektórym gatunkom mchów tolerować metale ciężkie.

Zmiana klimatu i środowisko
© Teresa Boquete

Emisje metali ciężkich powodowane działalnością człowieka to poważny problem dla środowiska ze względu na wysoką toksyczność i trwałość tych substancji zanieczyszczających w glebie, zbiornikach wodnych i atmosferze. Dokładne poznanie interakcji pomiędzy żywymi organizmami a szkodliwymi pierwiastkami ma zasadnicze znaczenie dla lepszego zrozumienia wpływu zanieczyszczeń na ekosystemy, ich strukturę i funkcje. Pozwala także lepiej zarządzać działaniami na rzecz ochrony środowiska. Rośliny, a w szczególności mchy, wykorzystują wysoce zaawansowane mechanizmy molekularne do radzenia sobie ze stresorami środowiskowymi, takimi jak zanieczyszczenie metalami ciężkimi, susza lub promieniowanie ultrafioletowe. Z tego względu są cennym zasobem biologicznym do celów badawczych, ponieważ są organizmami osiadłymi, co oznacza, że nie mogą się przemieszczać, żeby zmienić otoczenie. Zespół naukowców realizujących projekt Bryomics wykorzystał mchy do lepszego poznania interakcji pomiędzy żywymi organizmami a metalami ciężkimi oraz odkrycia genów i produktów genów potrzebnych do opracowania narzędzi biotechnologicznych służących do poprawy jakości powietrza i udoskonalania roślin uprawnych. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”.

Nowe podejście

Naukowcy zbadali mechanizmy leżące u podstaw zmienności wewnątrzgatunkowej w zakresie akumulacji metali ciężkich i tolerancji na nie. W tym celu przestudiowali dwa gatunki mchów lądowych charakteryzujące się odmiennymi reakcjami na metale ciężkie: Scopelophila cataractae, mech rosnący głównie na podłożach bogatych w metale ciężkie, oraz Ceratodon purpureus (zęboróg czerwonawy), bardziej rozpowszechniony gatunek mchu, który występuje zarówno na zanieczyszczonych, jak i niezanieczyszczonych glebach. Naukowcy hodowali mchy w laboratorium przy użyciu kontrolowanych metod, wzbogacając rośliny o kadm (Cd) i miedź (Cu). Reakcję mchów na te zanieczyszczenia określali za pomocą analizy akumulacji kadmu i miedzi oraz wydajności roślin. „Wykorzystaliśmy metodę epigenotypowania przez sekwencjonowanie (ang. epigenotyping by sequencing, epiGBS) do metylacji DNA i stworzenia profili genetycznych badanych próbek, a następnie zastosowaliśmy sekwencjonowanie RNA do wykrywania ogólnych zmian ekspresji genów oraz specyficznych genów odpowiedzialnych za reakcję na miedź”, mówi badaczka Teresa Boquete. Metylacja DNA jest znacznikiem chemicznym grupy metylowej, który można dodawać lub usuwać z cząsteczki DNA, powodując zmiany ekspresji genów, ale nie wpływając na podstawową sekwencję nukleotydów DNA. Wzorce metylacji DNA są elastyczne, dynamiczne i podatne na stres środowiskowy, co zapewnia roślinom mechanizm, który potencjalnie umożliwia im szybkie i skuteczne dostosowywanie się do nowych warunków. "Do tej pory nie badano roli metylacji DNA w zdolności mchów lądowych do radzenia sobie z zanieczyszczeniem metalami ciężkimi”, wyjaśnia Boquete.

Korzyści dla upraw i środowiska

Jak wskazują przełomowe wyniki projektu, u mchów z gatunku S. cataractae występuje zmienność wewnątrzgatunkowa w zakresie tolerancji na metale ciężkie. „Ta zmienność jest związana ze stopniem zanieczyszczenia ich naturalnego środowiska, a rośliny rosnące na bardziej zanieczyszczonych glebach charakteryzują się większą tolerancją”, wyjaśnia Boquete. „Wykazaliśmy również, że w przypadku mchów z gatunku C. purpureus rośliny żeńskie są bardziej odporne na metale ciężkie niż rośliny męskie”. Wyniki te pomogą lepiej zrozumieć takie problemy jak zanieczyszczenie i produkcja roślin w warunkach dalekich od optymalnych. „Identyfikację genów kandydujących zaangażowanych w procesy akumulacji metali ciężkich i tolerancji na metale można również wykorzystywać do tworzenia roślin transgenicznych, które na przykład będą w stanie usuwać te zanieczyszczenia ze środowiska”, podkreśla Boquete. Wyniki projektu BRYOMICS mogą być także przydatne do realizacji większych projektów, w których naukowcy będą mogli dokładniej analizować ekologiczną i ewolucyjną rolę epigenetyki z wykorzystaniem większej liczby różnych gatunków mszaków.

Słowa kluczowe

BRYOMICS, metale ciężkie, mchy, DNA, miedź (Cu), Scopelophila cataractae, Ceratodon purpureus, kadm (Cd), epigenotypowanie przez sekwencjonowanie (epiGBS), RNA

Informacje na temat projektu

Identyfikator umowy o grant: 704141

  • Data rozpoczęcia

    1 Lipca 2016

  • Data zakończenia

    25 Sierpnia 2019

Finansowanie w ramach:

H2020-EU.1.3.2.

  • Całkowity budżet:

    € 239 191,20

  • Wkład UE

    € 239 191,20

Koordynowany przez:

AGENCIA ESTATAL CONSEJO SUPERIOR DEINVESTIGACIONES CIENTIFICAS