Irányzatok a biológiában

Átírás

1 Irányzatok a biológiában 2015/16 tanév, II. félév Kovács M. Gábor ELTE Növényszervezettani Tanszék

2 Vázlat Bemutat(koz)ás ELTE Biológiai Intézet, Növényszervezettani Tanszék kutatások oktatás Növényi formaképzés, fejlődés fejlődésbiológiai folyamatok, mechanizmusok példa: virág, levél illusztrációk evolúciós folyamatok, mechanizmusok lignifikáció lignifikáció+virágzás: egynyári lágyszárúból évelő fásszárú

3 ELTE Biológiai Intézet, Növényszervezettani Tanszék Oktató-kutatók Bóka Károly (egyetemi docens) Böddi Béla (egyetemi tanár) Kósa Annamária (egyetemi adjunktus) Kovács M. Gábor (tanszékvezető egyetemi docens) Knapp G. Dániel (tudományos segédmunkatárs) Kristóf Zoltán (egyetemi docens) Preininger Éva (egyetemi adjunktus) Solymosi Katalin (egyetemi adjunktus) Vági Pál (egyetemi adjunktus) Nyugdíjasok Dános Béla Keresztes Áron Technikai személyzet Jónás Csilla Kasnya Ilona Kálmán Ágnes Takács Judit Ph.D. hallgatók (ELTE, SE), szakdolgozók, TDK-zók

4 Kutatási irányok Funkcionális anatómia/mikroszkópia Növényi szaporodásbiológia Plasztisz In vitro rendszerek Hatóanyag Mikológia, gomba-növény kölcsönhatások

5 Funkcionális anatómia, mikroszkópia

6 wt Bóka Károly számos funkcionális anatómiai (főleg TEM) munka interakciók is dnf7-2 Eredmény együttműködésben egy gödöllői kutatócsporttal

7 Kristóf Zoltán Embriológia, androgenezis Paprika dihaploid növények előállítása mikrospórákból In vitro embriogenezis ultrastruktúrális vizsgálata Endospermium kialakulás vizsgálata Sejtsorstérképek készítése az embriogenezis során

8 Plasztisz kutatások

9 Plasztisz kutatások Kósa Annamária, Böddi Béla doktoranduszok, szakdolgozatosok, TDK-sok SÖTÉT Sötétben nevelt növényekben Árnyékolt szervekben a természetben is: pl. talajban fejeskáposztában zárt rügyekben termésekben Etioplasztisz MONOKROMATIKUS, ms flashsorozatok ÁTMENET Mesterséges zöldítés folyamatában Félig leárnyékolt szövetekben Etio-kloroplasztisz FÉNY Kloroplasztisz SZERKEZETFÜGGŐ ÁTALAKULÁS MÓDSZEREK: Fluoreszcencia spektroszkópia Lézerspektroszkópia Elektronmikroszkópia Pigmentanalízis Számítógépes spektrumanalízis ENZIM NÉLKÜL FÉNY- AKTIVÁLT ENZIMMEL KLOROFILL- SZINTÉZIS ENERGIA-ÁTADÁS AZ O 2 -RE KIFAKULÁS, BLEACHING

10 Solymosi Katalin Biotikus és abiotikus stressz hatása a színtestek szerkezetére és működésére Tilakoidokban található csatornák/transzporterek jellemzése, szerepe - Vízhiány/többlet (aszály/belvíz) - Sóstressz/ozmotikus stressz - Erős fény/árnyék (és váltakozásuk) Ioncsatornák Plasztiszok és a fotoszintetikus apparátus dinamikus alkalmazkodása a stresszhez termésbiztonság Transzporterek Objektumok: Arabidopsis thaliana (és mutánsai), árpa, búza Módszerek: anatómiai (FM, TEM), biofizikai/élettani (pigmenttartalmak, fluoreszcencia, fluoreszcencia indukció, PAM, SANS, CD), biokémiai (fotoszintetikus apparátus komponensek azonosítása) - kooperáció: Göteborg, SZBK

11 Mesterséges szimbiózis növényi in vitro rendszerek

12 Preininger Éva Mesterséges nitrogénfixáló szimbiózisok vizsgálata - Egysejtű zöldalga és nitrogénkötő baktérium között Chlamydomonas + Azotobacter Scenedesmus + Azospirilum Szimbionta telep Folyékony trágya, biotizáló készítmény Növényi sejt, mint termelő üzem Értékes hatóanyagok termeltetése Egysejtű zöldalga Kallusz Sejtszuszpenzió

13 Növényi hatóanyagok

14 Boldizsár Imre Növények, elsősorban fészek virágzatúak biológiailag aktív anyagcseretermékeinek azonosítása, izolálása és hatásaik vizsgálata: új értékes vegyületek megismerése és kemotaxonómiai jelentőségük bizonyítása céljából. Képek: Folyadékkromatográfiás módszerekkel (1. kép) izolált új vegyületek (2. kép piros színnel) kerültek azonosításra a gyapjas aszat termésének csírázás során elkülönített termésfalából (2. kép, fruit wall). 1. kép 2. kép

15 Mikológia gomba növény kölcsönhatások

16 Vági Pál fő: sötét szeptált endofiton (DSE) gombák és baktériumok fénymikroszkópos detektálása FISH/más módszerrel egyebek: gombák szaprotróf képességének mérése MTA ATK NI-ben: lisztharmatok és hiperparazitáik (Ampelomyces) mikroszkópos vizsgálata új inváziós növénykártevő rovarok szexuális viselkedésének anatómiája háttere In planta vizualizáció, Vági és mtsai Mycorrhiza

17 Kovács M. Gábor, Knapp G. Dániel, Vági Pál (PhDsok, szakdolgozók) Mikológiai Labor men(s)aa projekt - mycorrhizal and endophytic fungi of (semi)arid areas (fél)száraz területek nem-patogén gyökérkolonizáló gombái AM gombák DSE gombák EM gombák sivatagi szarvasgombák mezőgazdasági alkalmazás kompozícionális/strukturális diverzitás ( taxonómia*, ha szükséges) Generalisták? Gyakoriak? Funkciók? Funkcionális diverzitás? Támogatók: OTKA, MTA Bolyai, Humboldt Alap., Fulbright Alap., EU COST, EU Synthesys, EU FEMS, Ökológiai Mezőgazdasági Kutatóintézet *eddig: 9 új nemzetség, 18 új faj, 8 új kombináció

18 Oktatás

19 Oktatás Kötelező (témák, nem tárgyak) B.Sc. sejttan bevezetés a növénytanba növényszervezettan mikológia (angol nyelven is) M.Sc. szaporodásbiológia mikroszkópia (EM és FM) gomba-növény kölcsönhatások Osztatlan tanár sejttan (növény, gomba) növényszervezettan mikológia gyakorlat SE Gyógyszerész képzés gyógyszerészi növénytan (magyar, angol, német) összesen kb. 500 hallgató fordul meg a kurzusokon minden évben Fejlesztések, reformok, átalakítás Egyéb képzések (mikrobiológus), doktori képzés Számos spec.koll., kötelezően választható tárgy

20 Növények szerveződése koncepciók, esettanulmányok

21 A növényi fejlődés fő folyamatai I. Mennyiségi/minőségi folyamatok Folyamat, kialakulás Identitás Polaritás Szerv mintázat alakulás Hatás A szerv természete Identitás a szerv mentén (pl. proximodisztális, adaxiális/abaxiális, mediolaterális) Szerven belüli identitás Modularitás Növekedés Relatív növekedés Szervek száma Méret Alak II. Tér/idő folyamatok Pozíció Térbeliség, pozícionális szignálok Időzítés vagy időtartam időbeliség Cronk (2009) The Molecular Organography of Plants. (Oxford UP) alapján

22 Fő evolúciós-fejlődéstani változások I. Mennyiségi/minőségi változások Változás Polaritás szintjének változása Merisztematikus vagy moduláris változás Hatás Szimmetria változás Szám változás Homeózis Indetitás változás Méret változás Alakváltozás Redukció/eltűnés, vagy kifejlődés Megváltozott relatív növekedés II. Tér/idő változások Heterokrónia Időzítés és/vagy időtartam változás Heterotópia Pozíció változása Cronk (2009) The Molecular Organography of Plants. (Oxford UP) alapján

23 Méret változás abszolút növekedés változása, heterometria Lepidodendron (~> 50m) Isoetes (szár ~1 cm)

24 A növényi fejődés fő folyamatai a három legfontosabb kérdés Folyamat, kialakulás Hatás I. Mennyiségi/minőségi folyamatok Identitás Polaritás Szerv mintázat alakulás A szerv természete Identitás a szerv mentén (pl. proximodisztális, adaxiális/abaxiális, mediolaterális) Szerven belüli identitás Modularitás Növekedés Relatív növekedés Szervek száma Méret Alak II. Tér/idő folyamatok Pozíció Térbeliség, pozícionális szignálok Időzítés vagy időtartam időbeliség Cronk (2009) The Molecular Organography of Plants. (Oxford UP) alapján

25 A három folyamat illusztrációja Levél ( phyllome ) pozíció hol jön létre? meghatározója a fillotaxis auxin Champagne és Sinha Development

26 Chanderbali et al PNAS 107: A három folyamat illusztrációja Levél ( phyllome ) identitás mi jön létre? pl. ha B- C- osztályú MADS-box gének akkor porzó lesz A virág A- B- C-típusú mutánsai (Arabidopsis thaliana) wt: cs-sz-p-t a-: t-p-p-t b-: cs-cs-t-t c-: cs-sz-sz-cs abce-: levelek Krizek és Fletcher Nature Reviews Genetics 6: A B C

27 Chanderbali et al PNAS 107: Az ABCE-modell szerinti szabályozás és a virágok evolúciója

28 NB: a virág kifejlődésének iniciációját sok minden befolyásolja időzítés

29 A három folyamat illusztrációja Levél ( phyllome ) Polaritás merre három polaritási kérdés proximodisztális, adaxiális/abaxiális, mediolaterális Champagne és Sinha Development

30 Korai levélprimordiumban is jelentősen szabályozott a polaritás alakulása(a. thaliana). Iwasaki és mtsai. Development 2013;140: Published by The Company of Biologists Ltd

31 koncepciók, esettanulmányok Lignin.

32 Másodlagos sejtfalvastagodás szilárdító vagy mechanikai alapszövetek szállítószövetek Kristóf (szerk) Növények és gombák szerveződése ELTE TTK Online tananyag

33 Fenilpropanoid szintézis út megjelenése a növények evolúciójában fundamentális innováció flavonoidok lignánok lignin Szárazföld meghódítása Kihívások lignifikáció hatással kiszáradás UV-B tartás szár kialakulása méretnövekedés tartás szállítás verseny a fényért kórokozók talaj légkör biomassza

34 A fenilpropanoid szintézisút egyes élőlénycsoportokban Labeeuw és mtsai Biology Direct 10:23

35 Monolignol szintézisutak és a kulcsenzimek reprezentáns rokonai az elsődleges anyagcserében Weng és Chaple New Phytologist 187:

36 UV-B irányba eltolódó elnyelés! szelekciós előnyt jelenthet fahéjsav anti-auxin hatású mennyiség méret Weng és Chaple New Phytologist 187:

37 A lignin bioszintézis eredete és evolúciója Weng és Chaple New Phytologist 187:

38 Random térbeli szerkezet ellenálló kórokozók, növényevők (CW random szerkezetű anyag: pektin, hemicellulóz) Weng és Chaple New Phytologist 187:

39 A lignocellulóz, mint biomassza CO 2 szint változás C-körforgás teljes biomassza ~50%-a éves termel(őd)és: milliárd tonna Doherty et al hatékonyan csak a gombák képesek bontani

40 Fontos enzimek: carbohydrate-active enzymes (CAZymes) Class II peroxidázok (PODs) 4 fő csoport (pl. MnP manganáz peroxidáz) Ligninmódosító enzimek (LME) oxidázok és a lebontás módos

41 Fig. 1 (A) Organismal phylogeny (chronogram) produced with BEAST from a 26-gene data set. MnP ~295 MYA Hatékony fabontás evolúciója ~290 MYA MYA Published by AAAS D Floudas et al. Science 2012;336:

42 koncepciók, esettanulmányok virágzás növekedési forma egy érdekes összefüggés

43 wt Fotó: Wijnker és mtsai Nature Protocols 9: Arabidopsis virágzási időt befolyásoló MADS-box gének mutációja évelő fásszárú formát eredményezett! Melzer és mtsai Nature Genetics 40:

44 Köszönöm a figyelmet!