Irányzatok a biológiában 2015/16 tanév, II. félév Kovács M. Gábor ELTE Növényszervezettani Tanszék
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
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
Kutatási irányok Funkcionális anatómia/mikroszkópia Növényi szaporodásbiológia Plasztisz In vitro rendszerek Hatóanyag Mikológia, gomba-növény kölcsönhatások
Funkcionális anatómia, mikroszkópia
wt Bóka Károly számos funkcionális anatómiai (főleg TEM) munka interakciók is dnf7-2 Eredmény együttműködésben egy gödöllői kutatócsporttal
Kristóf Zoltán Embriológia, androgenezis Paprika dihaploid növények előállítása mikrospórákból In vitro embriogenezis ultrastruktúrális vizsgálata Endospermium kialakulás vizsgálata Sejtsorstérképek készítése az embriogenezis során
Plasztisz kutatások
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, 10-200 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
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
Mesterséges szimbiózis növényi in vitro rendszerek
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
Növényi hatóanyagok
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
Mikológia gomba növény kölcsönhatások
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. 2014. Mycorrhiza
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
Oktatás
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
Növények szerveződése koncepciók, esettanulmányok
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
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
Méret változás abszolút növekedés változása, heterometria Lepidodendron (~> 50m) Isoetes (szár ~1 cm)
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
A három folyamat illusztrációja Levél ( phyllome ) pozíció hol jön létre? meghatározója a fillotaxis auxin Champagne és Sinha 2004. Development
Chanderbali et al. 2005. PNAS 107:22570-22575 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 2005. Nature Reviews Genetics 6:688-698 A B C
Chanderbali et al. 2005. PNAS 107:22570-22575 Az ABCE-modell szerinti szabályozás és a virágok evolúciója
NB: a virág kifejlődésének iniciációját sok minden befolyásolja időzítés http://www.howplantswork.com/
A három folyamat illusztrációja Levél ( phyllome ) Polaritás merre három polaritási kérdés proximodisztális, adaxiális/abaxiális, mediolaterális Champagne és Sinha 2004. Development
Korai levélprimordiumban is jelentősen szabályozott a polaritás alakulása(a. thaliana). Iwasaki és mtsai. Development 2013;140:1958-1969 2013. Published by The Company of Biologists Ltd
koncepciók, esettanulmányok Lignin.
Másodlagos sejtfalvastagodás szilárdító vagy mechanikai alapszövetek szállítószövetek Kristóf (szerk) Növények és gombák szerveződése ELTE TTK Online tananyag
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
A fenilpropanoid szintézisút egyes élőlénycsoportokban Labeeuw és mtsai. 2015. Biology Direct 10:23
Monolignol szintézisutak és a kulcsenzimek reprezentáns rokonai az elsődleges anyagcserében Weng és Chaple 2010. New Phytologist 187: 273 285
UV-B irányba eltolódó elnyelés! szelekciós előnyt jelenthet fahéjsav anti-auxin hatású mennyiség méret Weng és Chaple 2010. New Phytologist 187: 273 285
A lignin bioszintézis eredete és evolúciója Weng és Chaple 2010. New Phytologist 187: 273 285
Random térbeli szerkezet ellenálló kórokozók, növényevők (CW random szerkezetű anyag: pektin, hemicellulóz) Weng és Chaple 2010. New Phytologist 187: 273 285
A lignocellulóz, mint biomassza CO 2 szint változás C-körforgás http://news.cahnrs.wsu.edu/ teljes biomassza ~50%-a éves termel(őd)és: 10-50 milliárd tonna Doherty et al. 2011. hatékonyan csak a gombák képesek bontani
Fontos enzimek: carbohydrate-active enzymes (CAZymes) Class II peroxidázok (PODs) 4 fő csoport (pl. MnP manganáz peroxidáz) Ligninmódosító enzimek (LME) oxidázok és a lebontás http://www.kolumbus.fi/ilona.barlund/ilona.barlund/martinsprojects.html; módos
Fig. 1 (A) Organismal phylogeny (chronogram) produced with BEAST from a 26-gene data set. MnP ~295 MYA Hatékony fabontás evolúciója ~290 MYA 430-470 MYA Published by AAAS D Floudas et al. Science 2012;336:1715-1719
koncepciók, esettanulmányok virágzás növekedési forma egy érdekes összefüggés
wt Fotó: Wijnker és mtsai. 2014. Nature Protocols 9:761 772 Arabidopsis virágzási időt befolyásoló MADS-box gének mutációja évelő fásszárú formát eredményezett! Melzer és mtsai. 2008. Nature Genetics 40: 1489-1492
Köszönöm a figyelmet!