Katedra Genetyki Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska UŚ, bazując na 30-letnim doświadczeniu w uzyskiwaniu mutantów jęczmienia, realizuje aż osiem grantów poświęconych jego badaniu

Prof. Iwona Szarejko, kierownik Katedry Genetyki, pomiędzy regałami z uprawą jęczmienia w szklarni na dachu Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska przy ul. Jagiellońskiej

Wszystko zaczęło się od prof. Mirosława Małuszyńskiego, wieloletniego kierownika Katedry Genetyki, ale i współpracownika mieszczącej się w Wiedniu IAEA (Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej), będącej agendą ONZ ds. pokojowego wykorzystania energii atomowej. W ramach jej działalności, jako kierownik Sekcji Genetyki i Hodowli FAO/IAEA, prof. Małuszyński kierował ponad 70 projektami naukowymi i hodowlanymi z zakresu technik mutacyjnych, genetyki i hodowli roślin, mających na celu ulepszenie odmian roślin uprawnych w krajach rozwijających się. Jego praca została uhonorowana prestiżową nagrodą "Distinguished Service Award of IAEA" - za zwalczanie głodu i biedy na świecie.

To głównie dzięki 20-letniej współpracy prof. Małuszyńskiego z FAO/IAEA oraz uczestniczeniu w programach naukowych koordynowanych przez Agencję, Katedra Genetyki włączyła się czynnie w światowe badania z dziedziny genetyki molekularnej, genomiki i biotechnologii roślin. Ich głównym obiektem jest jęczmień, który ma duże znaczenie gospodarcze nie tylko jako pasza, ale i surowiec, z którego wytwarza się... piwo. - Naszym atutem jest 30-letnie doświadczenie w wyprowadzaniu mutantów jęczmienia, czyli uzyskiwaniu genetycznej zmienności różnych cech - mówi prof. Iwona Szarejko, kierownik Katedry Genetyki. - Ta unikalna kolekcja mutantów umożliwiła nam szeroko zakrojoną analizę mutacyjną takich cech, jak rozwój i morfologia systemu korzeniowego czy pędu - wyjaśnia pani profesor.

Doktorantka mgr Agata Daszkowska prezentuje Arabidopsis thaliana

Badania te, łączące metody klasycznej analizy genetycznej roślin z technikami molekularnymi i biotechnologicznymi, przyniosły Katedrze uznanie międzynarodowych środowisk naukowych. - Na przestrzeni ostatnich dziesięciu lat wzrosły znacznie możliwości badawcze Katedry. Kiedyś można było analizować jedynie klasyczne dziedziczenie cech roślin. Teraz dzięki rozwojowi technik biologii molekularnej możemy dochodzić tego, jakie geny sprawiają, że roślina ma takie albo inne cechy np czemu jest niska czy wysoka - tłumaczy prof. Szarejko.

Jęczmień (Hordeum vulgare) w Katedrze Genetyki badany jest w ramach sześciu grantów krajowych i dwóch zagranicznych. Znaczna część badań dotyczy rozwoju systemu korzeniowego, którego długość u jęczmienia sięgać może 150 cm. - Szczególnie interesują nas włośniki korzenia, małe wypustki, które odpowiadają za pobór wody i składników mineralnych - opowiada kierownik Katedry Genetyki. - Udało się już nam wyizolować i ustalić sekwencję genu beta ekspansyny odpowiedzialnego za pierwszy etap formowania włośników jęczmienia - dodaje. Praca opisująca wyniki tych badań, opublikowana w prestiżowym czasopiśmie "Plant Physiology", została uznana przez Polskie Towarzystwo Biologii Eksperymentalnej Roślin za najlepszą publikację w latach 2006-2007.

Wieloletnie doświadczenie we wyprowadzaniu mutantów jęczmienia pozwoliło też naukowcom z Katedry Genetyki wziąć udział w grancie zamawianym, w którym zostanie zbadana 10-tysięczna populacja roślin jęczmienia. - Badamy drugie pokolenie po mutagenicznym traktowaniu, czyli działaniu promieni gamma lub środków chemicznych. Izolujemy DNA i w nim poszukujemy mutacji w określonych genach o znanej sekwencji. Analizujemy skutki fenotypowe mutacji czyli modyfikacje cechy. Przyniesie to informację nie tylko o tym, jaką funkcję pełni określony gen w roślinie, ale pozwoli również modyfikować określone cechy bez uciekania się do uważanych w społeczeństwie za kontrowersyjne metod inżynierii genetycznej (GMO) - wyjaśnia pani profesor.

Mutanty służą też do klasycznej analizy genetycznej, wyjaśniającej jak się dziedziczą poszczególne, często decydujące o wartości odmian, cechy. Mutacje takie są mapowane na mapach chromosomów za pomocą markerów DNA. Poszukiwana jest informacja, jaka sekwencja DNA odpowiada za konkretną cechę. Dzięki technikom bioinformatycznym wyniki badań można porównać z danymi w GenBanku, w którym znajdują się m.in. dane o sekwencjach genów roślin modelowych np. ryżu czy Arabidopsis thaliana. - Ryż ma dwanaście razy mniejszy genom niż jęczmień, Arabidopsis cztery razy mniejszy niż ryż. Dzięki temu ich DNA zostało zsekwencjonowane i dobrze poznane. Korzystając z tych badań, identyfikujemy geny jęczmienia - wyjaśnia prof. Szarejko.

Arabidopsis thaliana jest nie tylko "kluczem" do poznania genomu jęczmienia, ale i samodzielnym przedmiotem badań. - Ten pospolity chwast jest modelowym obiektem badań biologii molekularnej roślin. Ma nie tylko nieduży genom, ale i krótki cykl życiowy - 6-8 tygodni od nasion do nasion, świetnie radzi też sobie ze wzrostem w warunkach laboratoryjnych - mówi prof. Szarejko.

W jednym z projektów badawczych naukowcy z Katedry Genetyki poszukują genów, które odpowiadają za to, że z fragmentów roślin wyłożonych na pożywkę wytworzone zostaną korzenie i pędy lub zarodki somatyczne, podobne do tych, jakie występują w nasionach.

Grantem promotorskim związanym z Arabidopsis kieruje prof. UŚ Małgorzata Gaj. Projekt badawczy ma na celu poszukiwanie genów sterujących procesami morfogenezy in vitro, czyli odpowiedzi na pytanie, jakie geny odpowiadają za to, że z fragmentów roślin wyłożonych na pożywkę wytworzone zostaną korzenie i pędy lub zarodki somatyczne, podobne do tych, jakie występują w nasionach.

Naukowcy z Katedry Genetyki nie tylko buszują w jęczmieniu i przyglądają się Arabidopsis. Realizują też wspólne granty z Instytutem Ochrony Roślin PAN, Instytutem Fizjologii Roślin PAN w Krakowie czy z Zakładem Ekspresji Genów UAM w Poznaniu. Dzięki współpracy z FAO/IAEA w Katedrze Genetyki na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UŚ przebywało ponad 30 stypendystów z krajów rozwijających się. W zagranicznych stażach i projektach uczestniczą również pracownicy Katedry Genetyki.

Czy prowadzone przez Katedrę prace mają znaczenie praktyczne? - My zajmujemy się głównie badaniami o charakterze podstawowym - mówi prof. Szarejko. - Ale otrzymane mutanty są wykorzystywane przez hodowców w ich pracach. Aby roślina uprawna wytworzyła wysoki plon musi się charakteryzować określonymi cechami. Podam może taki przykład: w lutowym numerze "Gazety Uniwersyteckiej UŚ", przedstawiając znaczenie chemii, wskazano na opracowanie metody produkcji nawozów sztucznych, których zastosowanie przyczyniło się do "zielonej rewolucji" - kilkunastokrotnego wzrostu plonów, co umożliwiło wyżywienie ludzkości. Ale trzeba pamiętać, że "zielona rewolucja" to także, a może przede wszystkim, uzyskanie nowych, półkarłowych odmian pszenicy i ryżu, które miały zdolność do efektywnego wykorzystania tych nawozów. Za wyhodowanie takich odmian pszenicy, ich twórca - genetyk Norman Borlaug otrzymał w roku 1968 pokojową nagrodę Nobla. A dzisiaj genetycy znają już sekwencje genów "zielonej rewolucji" i funkcje, jakie pełnią w roślinie.