DOC. RNDR. JANA KRAJŇÁKOVÁ, CSC.

Projekt: CONEMDE - Vývoj zygotických a somatických embryí jehličnanů – od základního výzkumu k praktické aplikaci

Školitel: prof.RNDr.Ladislav Havel, CSc.

Hostitelská instituce: Ústav ochrany lesů a myslivosti, Agronomická fakulta Mendelovy univerzity v Brně

Země původu: Slovenská republika 

Země vědeckého působení: Itálie

Délka projektu: 36 měsíců

Panel: Environmentální vědy

Abstrakt:

Ekonomicky udržitelné klonální lesnictví založené na pěstování elitních klonů lesních dřevin stejně jako nové lesnické biotechnologie předpokládají využití efektivního systému masového vegetativního rozmnožování, které umožní produkci vysoce kvalitních klonů získaných ze somatických embryí se specifickými charakteristikami. Projekt CONEMDE je zaměřen na studium zygotické embryogeneze jehličnanů, které povede k vytvoření protokolu masové produkce jedle bělokoré (Abies alba) a smrku ztepilého (Picea abies) nebo k zapojení se do tradičních šlechtitelských programů či namnožení dřevin pro specifické oblasti. Obecnými výstupy projektu budou rozšíření znalostí o zygotické embryogenezi jehličnanu a efektivní protokoly pro somatickou embryogenezi.
Cíle projektu bude dosaženo porovnáním zygotické a somatické embrogeneze na morfologické, biochemické a molekulární úrovni, na což naváže komplexní statistická analýza a modelování, které pomůže k rozpoznání specifických vlastností a znaků, které vedou k efektivní somatické embryogenezi. Zahrnuto je testování efektů iontu těžkých kovů a studium vlivu polárního transportu auxinu na vývoj zygotických a somatických embryí různými analytickými a molekulárními metodami včetně analýz energetického stavu sledovaných buněk. Tento přístup tedy představuje nový způsob studia rostlin, u nichž se nevyskytují mutantní genotypy. Vědecká pracovnice doc. RNDr. Jana Krajňáková, CSc. a její budoucí profesní plány jako nezávislé výzkumné pracovnice (nebo vedoucí skupiny) na univerzitách nebo jako experta v R&D sektoru budou vysoce profitovat z prohloubených znalostí v molekulární biologii stejně jako z lekcí / praktického tréninku managementu a pedagogických schopností zajišťovaných MENDELU Brno. Vědecká oblast projektu CONEMDE má celoevropský význam a proto jsou také uvedené profesní plány doc. Krajňákové uskutečnitelné. Výzkumná skupina bude vedena prof. Havlem z MENDELU Brno, v úzké spolupráci s dr. Reinöhlem (polární transport auxinu), doc. Kizkem (těžké kovy), prof. Häggman, Finsko (zygotická a somatická embryogeneze jehličnanu) a prof. Vianellem, Itálie (bioenergetika).

Dosavadní průběh projektu:

Cílem CONEMDE projektu je porovnání somatické a zygotické embryogeneze jehličnatých dřevin, které povede k vypracování protokolů masové produkce Abies alba a Picea abies pro potřeby klasického šlechtění lesních dřevin a pro výsadbu ve specifických oblastech. Základním výstupem projektu bude rozšíření vědomostí o zygotické embryogenezi jehličnanů a efektivní protokoly somatické embryogeneze.
Pět mateřských stromů Abies alba bylo vybráno na polesí Habrůvka Školního lesního podniku Masarykův les Křtiny (obr. 1 A). Během léta 2010 byly sesbírány nezralé (obr. 1 B) a zralé šišky a využity k založení dvou nezávislých pokusů. První sada experimentů byla zaměřena na determinaci hladin biochemických parametrů (buněčné hladiny ATP a glukoso-6-fosfátu) s ohledem na vliv mateřského stromu, odběrového dne a části semene (vyvíjející se zygotické embryo a megagametofyt). Druhá sada experimentů se zaměřila na indukci embryogenních bunečných kultur na nezralých zygotických embryích. Cílem experimentů bylo sledovat vliv mateřského stromu, odběrového dne a místa na zygotickém embryu, kde se podařila indukce embryogenní kultury. Byly stanoveny indukční frekvence. Celkem bylo vyizolováno 1 573 nezralých zygotických embryí, ze kterých se získalo 191 embryogenních buněčných linií Abies alba. Indukce embryogenních buněčných kultur byla pozorována po 3 až 8 týdnech kultivace. Embryogenní buněčné kultury byly následně přeneseny na proliferační médium (obr. 1 D) a pravidelně pasážovány. Intenzivní proliferace více než 170 buněčných linií byla stabilizovaná v průběhu pěti měsíců. Odvozené buněčné linie budou použity pro experimenty zaměřené na studium vlivu těžkých kovů. Dvacet pět embryogenních buněčných liní A. alba, které představovaly pět mateřských stromů a pět rozdílných genotypů v rámci jednoho mateřského stromu, bylo náhodně vybrány pro maturační experimenty (obr. 1 F). Cílem maturačního pokusu bylo studium vlivu mateřského stromu a různých buněčných linií na schopnost embryogenních linií vytvářet somatická embrya a na průměrný počet vytvořených kotyledonárních embryí na 1 gram čerstvé hmotnosti buněčné kultury. Maturace probíhala 10 týdnů a buněčné kultury byly pravidelně sledovány ve dvoutýdenních intervalech. Vzorky pro stanovení biochemických parametrů byly připraveny v každém intervalu. Byla opakovaně testována vhodnost protilátky anti-AtPIN1 pro imunolokalizaci PIN1 v somatických embryích Abies alba s negativním výsledkem. Pokud nebude ani test nové protilátky anti-AtPIN1 úspěšný, bude objednána komerční příprava protilátky anti-PaPIN1. 
Mendelova univerzita získala embryogenní linie, odvozené ze zygotických embryií A.alba ze Školního lesního podniku Masarykův les Křtiny, které se mohou stát aktivní součástí záchrany genových zdrojů a po kryokonzervaci také součástí genové banky.