Ostatnio realizowane projekty i zadania badawcze w KBiM w IB SGGW, finansowane przez NCN, NCBiR itp.

Wpływ promieniowania UV-A i UV-B na zawartość związków prozdrowotnych w brokule. NCN Miniatura, 2021, Kierownik: Anna Rybarczyk-Płońska

Konferencja "Metagenomy różnych środowisk", "Environmental Metagenomi'c". NCN Finansowe wsparcie konferencji, 2021, Kierownik: Agata Goryluk-Salmonowicz,

Kompleksowa analiza bioinformatyczna znanych i nowych kinaz i pseudokinaz mikrobiomu człowieka. NCN Preludium, 2020- 2023, Kierownik: Marcin Gradowski,

Stypendium FNP Start 2000, 2020-2021, Beneficjent: Marcin Gradowski,

Nowe rodziny ADP-rybozylotransferaz i białek związanych z ADP-rybozylacją. NCN Opus, 2020-2023, Kierownik: Krzysztof Pawłowski,

System Wsparcia Finansowego dla Naukowców i Zespołów Badawczych JMR SGGW, 2020, Kierownik: Sławomir Orzechowski,

Novel uncharacterised enzymes in cellular signalling. NAWA Stypendium im. Bekkera, 2019-2020, Beneficjent: Krzysztof Pawłowski,

Stres nitrozacyjny a nitracja: obrona zbóż przed suszą czy przyczyna wrażliwości? NCN Miniatura, 2019-2020, Kierownik: Marta Gietler,

Ekspresja genów podobnych do Glossy1, zaangażowanych w biosyntezę i akumulację wosków kutykularnych epidermy, a poziom odporności zbóż na stres suszy. NCN Miniatura, 2019-2021, Kierownik: Joanna Szewińska,

PASZA PRO: Technologie wykorzystania ubocznych produktów przetwórstwa płodów rolnych. NCBiR Szybka Ścieżka, Program Operacyjny Inteligentny Rozwój, 2019-2022, Kierownik zadania: Sławomir Orzechowski,

The application of phylogeographic and metagenomi approaches for assesing the impact of invasive Australian Acacia species on rhizobium communities in the Mpumalanga and KwaZULU Natal Provinces of south Africa – BRADYAF. NCBiR współpraca dwustronna polsko-południowoafrykańska, 2019-2022, Kierownik: Tomasz Stępkowski,

Udział receptorów PYR/PYL w regulacji wrażliwości zarodków ziarniaków pszenżyta na ABA. NCN Miniatura, 2018-2019, Kierownik: Justyna Fidler,

Aktywność wakuolarnych enzymów przetwarzających w odpowiedzi jęczmienia jarego na infekcję mątwikiem zbożowym. NCN Miniatura, 2017-2018, Kierownik: Mateusz Labudda,

Znaczenie izolacji geograficznej Ameryki Południowej w ewolucji bakterii brodawkowych z rodzaju Bradyrhizobium na obszarze Krainy Neotropikalnej. NCN Opus, 2015-2020, Kierownik: Tomasz Stępkowski,

Streszczenia badań wykonywanych w 2020 r przez pracowników KBiM

Nowe rodziny ADP-rybozylotransferaz i białek związanych z ADP-rybozylacją. NCN Opus, Kierownik projektu: Krzysztof Pawłowski. współpracownicy: Małgorzata Dudkiewicz, Marcin Gradowski, Bartłomiej Deszcz (doktorant), Marianna Krysińska (doktorantka), Bartosz Baranowski (doktorant, IBB PAN).

Dokonaliśmy bioinformatycznego przeglądu bakteryjnych rodzin kinaz (publikacja w Bioch. Soc. Trans.). Opracowaliśmy katalog kinaz u bakterii z rodzaju Legionella, w tym blisko 20 nowych rodzin (publikacja w przygotowaniu).

Scharakteryzowaliśmy bioinformatycznie odkryte przez nas nowe efektorowe domeny ADP-rybozylotransferaz (ART) u patogennych grzybów Magnaporthe oryzae (prace doświadczalne w toku, współpraca z University of Texas Souhwestern, Dallas - UTSW). Opisaliśmy dwie nowe rodziny ART u bakterii Legionella pneumophila (publikacja w druku w J. Biol. Chem., dalsze prace doświadczalne w toku - UTSW). Scharakteryzowaliśmy bioinformatycznie zachowaną ewolucyjnie eukariotyczną ADP-rybozylotransferazę LRRC9 (preprint dostępny na bioRxiv, praca w rewizji w PeerJ).

Przeanalizowaliśmy bioinformatycznie sieci kinaz i ich substratów powiązanych z przeżywalnością w czerniaku (praca w przygotowaniu, współpraca z Lund University).

Stworzylismy serwer bioinformatyczny do analiz funkcjonalnych otoczeń genomicznych oraz współwystępowania genów.

Znaczenie izolacji geograficznej Ameryki Południowej w ewolucji bakterii brodawkowych z rodzaju Bradyrhizobium na obszarze Krainy Neotropikalnej. NCN Opus, 2015-2020, Kierownik: Tomasz Stępkowski, wykonawcy: Joanna Banasiewicz, Barbara Łotocka, Małgorzata Dudkiewicz, Krzysztof Pawłowski.

Projekt obejmował trzy główne zagadnienia. Zagadnienie pierwsze dotyczyło zbadania pod kątem filogenetycznym izolatów ryzobium pochodzących z brodawek korzeniowych powstałych na roślinach-pułapkach hodowanych w wazonach zawierających próbki gleby pobrane na obszarze stanu Rio Grande do Sul. Próbki gleby pochodziły z dwóch eko-klimatycznych stref – tropikalnych łąk nizinnych oraz obszarów wchodzących wcześniej w skład subtropikalnego lasu araukariowego położonych na wulkanicznym płaskowyżu znanym jako Campos de Cima da Serra. Jako roślin-pułapek użyto głównie Macroptilium atropurpureum - gatunku powszechnie stosowanego w izolacji szczepów ryzobium z próbek gleby pochodzących z obszarów tropikalnych, a także kilku gatunków miejscowych. Badania filogenetyczne wyizolowanych szczepów Bradyrhizobium wykazały obecność wielu potencjalnie nowych gatunków, a także ilościową przewagę niektórych grup filogenetycznych. Uzyskano ponadto izolaty reprezentujące nowe rodzaje w obrębie rzędu Rhizobiales. Określenie ich właściwości symbiotycznych będzie wymagać jednak przeprowadzenia testów autentyzacji.

Zagadnienie drugie dotyczyło opracowania i zastosowania metod metagenomicznych opartych na amplifikacji genu nifD kodującego podjednostkę alfa nitrogenazy. Celem tej części projektu była amplifikacja tego genu w obrębie Bradyrhizobium, co w założeniu miało umożliwić poznanie dominujących jak i rzadko występujących taksonów w obrębie tego rodzaju. Analiza filogenetyczna uzyskanych sekwencji wyjawiła obecność 19 nowych grup (obok 19 już opisanych), potwierdzając ponadto dominację grup opisanych w „klasycznej” części projektu. Metoda ta wykazała bardzo dużą skalę zróżnicowania sekwencji genu nifD w obrębie tego rodzaju bakterii.

Zagadnienie trzecie odnosiło się do identyfikacji szczepów Bradyrhizobium, które pojawiły się w glebach Brazylii w wyniku niekontrolowanego rozprzestrzeniania się inwazyjnych gatunków Fabaceae i związanej z tym migracji ich naturalnych symbiontów bakteryjnych. Nasze badania prowadzone przede wszystkim metodami metagenomicznymi wykazały obecność szczepów reprezentujących klad I – dominującą grupę na obszarze Australii w miejscach występowania australijskich gatunków akacji, jak też szczepów charakterystycznych dla Europy w miejscach występowania kolcolistu europejskiego. Wskazuje to na znaczące zmiany w składzie mikrobiomów glebowych w Brazylii w wyniku introdukcji obcych gatunków Fabaceae.

The application of phylogeographic and metagenomic approaches for assessing the impact of invasive Australian Acacia species on rhizobium communities in the Mpumalanga and KwaZULU Natal Provinces of south Africa – BRADYAF. NCBiR współpraca dwustronna polsko-południowoafrykańska, 2019-2022, Kierownik: Tomasz Stępkowski, wykonawca: Joanna Banasiewicz.

Projekt ten w swoim założeniu obejmował wykorzystanie zarówno metod tradycyjnych jak też metagenomicznych. Z uwagi na komplikacje wynikające z panującej na świecie pandemii COVID-19 zmuszeni byliśmy do skoncentrowania się na części metagenomicznej projektu i scedowania części „klasycznej” na naszych partnerów z University of Pretoria. W prowadzonych obecnie badaniach pracujemy nad opracowaniem metod badawczych umożliwiających głęboką analizę struktury społeczności mikroorganizmów w obrębie wybranego taksonu, w tym przypadku w obrębie rzędu Rhizobiales. W chwili obecnej jesteśmy na etapie opracowania metod amplifikacji wybranych genów markerowych, wykorzystując doświadczenia zdobyte w trakcie realizacji naszego projekty finansowanego przez NCN.

Stres nitrozacyjny a nitracja: obrona zbóż przedsuszą czy przyczyna wrażliwości? Grant NCN nr.: 2019/03/X/NZ9/00897 dr Marta Gietler dr inż. Małgorzata Nykiel

Reaktywne formy tlenu (RFT) i azotu (RFA) są produkowane w komórkach roślin jako produkty uboczne metabolizmu tlenowego i azotowego. Do ich wzmożonej syntezy dochodzi w odpowiedzi na działanie stresów biotycznych i abiotycznych. Pomimo szkodliwego oddziaływania RFA, coraz częściej wskazuje się na ich pozytywną funkcję jako wtórnych przekaźników sygnałów w odpowiedzi na stresoraz związków biorących udział w kontroli i regulacji wielu procesów fizjologicznych. RFA powodują modyfikacje struktury i funkcji białek przez utlenienie, nitrację bądź S-nitrozylację wybranych reszt aminokwasowych. Udział S-nitrozylacji w odpowiedzi na suszę został opisany w naszych wcześniejszych badaniach. Obecnie prowadzimy badania dotyczące nitracji białek w siewkach pszenicy jarej odmiany Zadra, różniących się wrażliwością na deficyt wody. Oznaczono zawartość jonów azotanowych (III) i (V) w roślinach w warunkach kontrolnych i poddanych suszy. Wykazano, że niedobór wody zwiększa ich zawartość w roślinie, a szczególnie wzrasta stężenie jonów NO₂^-, które wykazują działanie toksyczne. W roślinach odpornych, ich poziom wzrósł o ponad 130%, natomiast we wrażliwych o blisko 150%. Zawartość jonów NO₃^- w roślinach tolerancyjnych wzrosła o 23%, natomiast we wrażliwych o 55%.

Przeprowadzono również analizę zmian w profilu 2D białek nitrowanych na tyrozynie. Porównano profile proteomiczne roślin tolerancyjnych i wrażliwych, poddanych suszy oraz rehydratacji do siewek kontrolnych i wytypowano 29 białek różnicujących w siewkach odpornychi 23 w siewkach wrażliwych, których stopień nitracji ulegał zmianą w zależności od traktowania. Białka różnicujące zidentyfikowano w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN. Wykazano, że susza indukuje podobne zmiany w proteomie białek niezależnie od stopnia odporności na suszę. Dziewięć białek było wspólnych dla roślin odpornych i wrażliwych co może wskazywać na podobny mechanizmach w odpowiedzi na stres. Do białek nitrowanych należą: duża podjednostka RuBisCO, α aktywaza RuBisCO, podjednostki α i β chloroplastowej syntazy ATP CF1, podjednostka α mitochondrialnej syntazy ATP, dehydrogenaza aldehydowa 7B1, kinaza fosfoglicerynianowa, chloroplastowa sedoheptulozo-1,7-bisfosfataza, aldolaza 5 fruktozo-1,6-bisfosforanu, plazmidowa oksydoreduktaza ferredoksyna - NADP(H) oraz białko OEE2.

Ograniczenie podatności roślin na stresy abiotyczne w obecności bakterii syntetyzujących deaminazę kwasu 1-aminocyklopropano 1-karboksylowego (ACC). Kierownik Urszula Jankiewicz, wykonawca Arletta Kochańska – Jezierska

Bakterie posiadające gen acdS kodujący deaminazę ACC, która jest odpowiedzialna za rozkład etylen do amoniaku i α-ketomaślanu budzą zainteresowanie ze względu na właściwości wspomagające wzrost roślin, szczególnie w obecności biotycznych i abiotycznych czynników stresogennych.

Etylen jest gazowym hormonem roślinnym syntetyzowanym w tkankach roślinnych z kwasu 1-aminocyklopropano -1- karboksylowego (ACC) będącego jego prekursorem.  Etylen bierze udział w wielu procesach rozwoju roślin np.: różnicowanie się tkanek, czy procesach starzenia, jak również reguluje reakcję roślin na stresy zarówno abiotyczne, jak i abiotyczne. Szczepy bakterii syntetyzujące deaminazę ACC są w stanie eliminować skutki szkodliwych dla roślin czynników np. zasolenia, suszy czy obecności jonów metali ciężkich.

W wyniku przeprowadzonych doświadczeń wyizolowano oraz dokonano identyfikacji gatunkowej  bakterii mających zdolność do syntezy aktywnej deaminazy ACC. Aktywność enzymatyczną oznaczono metodą spektrofotometryczną. Analiza sekwencji genu kodującego 16S rRNA wykazała, że wszystkie aktywne izolaty bakteryjne należały do rodzajów: Pseudomonas i Bacillus. Rośliny pomidora, poddane stresowi solnemu, wykazywały znacznie lepszą kondycję w obecności bakterii syntetyzujących deaminazę niż te hodowane bez inokulacji takimi bakteriami.

Analiza metagenomiczna społeczności drobnoustrojów w ryzosferze Allium ursinum. E.B. Górska.

Celem badań było oznaczenie w glebie ryzosferowej czosnku niedźwiedziego i w glebie pozaryzosferowej- kontrolnej (pobranej z warstwy 5-30 cm z poletek doświadczalnych zlokalizowanych na Polu  Doświadczalnym Wydziału Ogrodnictwa i Biotechnologii w Wilanowie) różnorodności taksonomicznej i funkcjonalnej mikroorganizmów stosując analizę MG-RAST (Firma Genomed) oraz wł. chemicznych gleb (stosowano metody standardowe). W ryzosferze czosnku oznaczono zwiększoną zawartość siarki i azotu całkowitego, niż węgla organicznego, oraz zwiększenie zawartości kationów wymiennych: magnezu, potasu i wapnia, natomiast zmniejszenie  fosforu przyswajalnego w porównaniu do gleby kontrolnej. Ryzosfera czosnku zawierała relatywnie większy udział procentowy bakterii w randze typu Proteobacteria (w tym klas: α-,β-, γ-, δ-), Actinobacteria, Acidobacteria i Nitrospirae od gleby pozaryzosferowej. Jednak wydzieliny korzeniowe czosnku zmniejszyły w glebie występowanie Bacteroidetes, Verrucomicrobia, Planctomycetes, Firmicutes, Chlorophlexi, Gemmatimonadetes i Cyanobacteria w porównaniu do gleby pozaryzosferowej. W metagenomie gleby ryzosferowej, jak i kontrolnej (pozaryzosferowej) zidentyfikowano 28 głównych podsystemów metabolizmu. Największą liczbę przypisanych odczytów dotyczyło podsystemu opartego na klastrach (CBSS- dotyczące proteosomów, rybosomów i funkcji związanych z rekombinacją), metabolizmu węglowodanów oraz aminokwasów i ich pochodnych, także metabolizmu białek. Niektóre podsystemy były stosunkowo niewielkie, takie jak fotosynteza, proces uśpienia i sporulacji, również metabolizm potasu i metabolizm wtórny. W glebie ryzosferowej czosnku oznaczono zwiększony metabolizm aminokwasów i ich pochodnych, związków aromatycznych, siarki, azotu i żelaza w stosunku do gleby kontrolnej. Natomiast środowisko gleby ryzosferowej  wpłynęło na nieznaczne zmniejszenie metabolizmu między innymi: węglowodanów, kwasów tłuszczowych, lipidów i izoprenoidów, fosforu. Badania wykazały, że uprawa czosnku niedźwiedziego kształtuje znacząco właściwości chemiczne , biochemiczne i biologiczne gleby.

Ocena zmian w strukturze grup edafitycznych skoczogonek (Hehapoda Collembola) jako biotyczny wskaźnik oceny stopnia zaburzenia i regeneracji gleb leśnych po pożarze. E.B. Górska.

Skoczogonki pełnią wiele funkcji ekologicznych i stanowią ważne ogniwo w sieci troficznej ekosystemów lądowych. Pomimo, iż są uważane za wszystkożerne, jednak w ich diecie dominują mikroorganizmy glebowe (bakterie i grzyby), co sprawia, że w sposób pośredni wpływają na procesy glebowe a przez to uznawane są za dobre wskaźniki stanu ekologicznego i jakości gleb.

Celem naszych badań było określenie czy zmiany w strukturze gatunkowej zespołów skoczogonek mogą być uznane za biotyczne wskaźniki oceny stopnia zaburzenia i regeneracji gleb na skutek pożarów powierzchniowych o różnej sile w latach 2015-2018, na pożarzysku w Kampinoskim Parku Narodowym, k/ Warszawy (52O12’N 21O02’E).       Liczebność i skład gatunkowy zespołów skoczogonek zmieniał się w czasie na obszarach badawczych. Analiza PCA wykazała, że z obszarami wypalonymi i niewypalonymi związane są odmienne gatunki skoczogonek. W przypadku obszarów wypalonych na skutek słabego pożaru wykazano obecność przede wszystkim gatunków grzybożernych, podczas gdy z  pożarzyskami będącymi wynikiem silnego pożaru związane były gatunki kortykofilne. Obszary kontrolne, niewypalone były zasiedlone głównie przez skoczogonki w diecie, których dominują bakterie. Zaobserwowane różnice w składzie gatunkowym utrzymywały się nadal po trzech latach od pożaru. Wyniki naszych badań wskazują na powolną regenerację edafonu wypalonych obszarów, w zależności od intensywności pożaru, co może także wskazywać na  tempo regeneracji gleb pożarzysk.

Reakcja społeczności mikroorganimzmów na zróżnicowane sposoby uprawy oraz nawożenie mineralne i organiczne gleb uprawnych w wieloletnich doświadczeniach polowych w Skierniewicach (od 1975 roku) E.B. Górska.

Badania metagenomowe przeprowadzono w glebach wieloletnich doświadczeń nawozowych prowadzonych w Stacji Doświadczalnej Wydziału Rolnictwa i Biologii w Skierniewicach. Do badań wybrano glebę pochodzącą z kombinacji nawozowej CaNPK przy zróżnicowanym sposobie uprawy (1 - bez obornika, 2 - raz na 4 lata stosowanie obornika, 3 - bez nawożenia). Stosując technologię sekwencjonowania NGS (ang. Next-Generation Sequencing) w systemie MISeq ILLUMINA scharakteryzowano metagenomy gleb. Badania te pozwoliły określić nie tylko skład i różnorodność taksonomiczną społeczności prokaryota (Bacteria, Archeony) i eukaryota (w tym Fungi), jak również oznaczyć geny kodujące enzymy odpowiedzialne za potencjalny metabolizm mikroorganizmów (w tym, zdolność do degradacji różnych związków chemicznych) w glebie.

Wykryto 28  funkcjonalnych podsystemów w metagenomach każdej badanej gleby. W każdym metagenomie najwięcej zsekwencjonowanych genów było powiązanych z metabolizmem  węglowodanów, podsystemów opartych na klastrowaniu, aminokwasów i związków pochodnych, oraz metabolizmu białek. Analiza taksonomiczna wykazała, że najbardziej rozpowszechnioną domeną były bakterie, eukaria, a następnie Archaea. Wsród bakterii dominowały w glebach typy Proteobacteria i Actinobacteria.

Na podstawie analizy bioinformatycznej metagenomów podejmujemy próbę wyznaczenia wskaźnikowych taksonów mikroorganizmów do oceny jakości i „zdrowia gleby”.

Molekularny język bakterii i jego znaczenie w indukcji odporności u roślin. Arletta Kochańska-Jeziorska, Urszula Jankiewicz

Dotychczas bakterie uważano za organizmy niespołeczne, pozbawione możliwości porozumiewania się. Odkrycie zjawiska quorum sensing (QS) stało się fenomenem i otworzyło wiele nowych możliwości. QS to bakteryjny system komunikacji, zależny od zagęszczenia populacji tych bakterii. Odgrywa ważną rolę w regulacji wielu genów np. bioluminescencji, wirulencji, tworzenia biofilmu, a także koordynuje i kontroluje zachowanie pojedynczych komórek w populacji. Mediatorem w komunikacji typu QS są małe cząsteczki – autoinduktory, które można przyrównać do słów tego molekularnego języka. Cząsteczki te cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na swoje działanie nie tylko na bakterie, ale również na organizmy eukariotyczne, bowiem niektóre z nich mogą korzystnie wpływać na wzrost i odporność roślin. Sygnalizacja komórkowa jest szczególnie ważna w ekstremalnych środowiskach i może odgrywać kluczową rolę w zwiększaniu bioróżnorodności mikroorganizmów. Umyślne blokowanie autoinduktorów produkowanych przez patogeny może stać się przełomem w czasach wzrastającej wśród bakterii antybiotykoodporności. Natomiast stosowanie konkretnych cząsteczek sygnałowych lub bakterii je produkujących na roślinach może wpływać na pozytywną odpowiedź rośliny i objawiać się odpornością na ataki patogenów czy stres solny.