Ar izturību pret slimībām saistītu parastās priedes gēnu darbību regulējošo DNS rajonu izpēte

Eiropas Reģionālās attīstības fonda programmas "Izaugsme un nodarbinātība" specifiskā atbalsta mērķa 1.1.1. "Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā" pasākuma 1.1.1.2. "Pēcdoktorantūras pētniecības atbalsts" vienošanās Nr. 1.1.1.2/VIAA/3/19/510

Pēcdoktorants Vilnis Šķipars.
Atbildīgā persona Dainis Ruņģis.

Parastā priede ir pasaulē izplatītākā skujkoku suga. Par spīti tās nozīmībai Latvijas un Z-Eiropas ekonomikā un ekoloģijā, tās genoms, rezistencē pret patogēniem iesaistītie gēni un to darbības regulācijas mehānismi ir pētīti maz. Šādas informācijas trūkums kavē uz rezistenci pret slimībām vērstus pielietojamos pētījumus parastās priedes selekcijā. Izmantojot mūsu iegūtus datus par gēniem, kuru darbība būtiski pastiprinās vai tiek kavēta pēc tīšas inficēšanas ar sakņu trupi izraisošo patogēnu, veiksim DNS apgabalu, kas atrodas tieši pirms šiem gēniem un regulē to darbību, sekvenēšanu. Veiksim arī šo DNS apgabalu epiģenētiskas analīzes, lai konstatētu epiģenētiskas gēnu darbības regulācijas ietekmi.

Pētījuma mērķis ir parastās priedes aizsargreakcijās pret patogēniem iesaistīto gēnu darbību regulējošo DNS rajonu izpēte nolūkā iegūt informāciju par šo rajonu struktūru un izstrādāt protokolu indivīdu ar noteiktām ģenētiskām īpašībām atlasei izmantošanai zinātniskos pētījumos nozarē pielietojamu ģenētisku marķieru izstrādei.

Rezultātā tiks iegūta informācija par ar rezistenci saistīto gēnu regulāciju. Iegūto datu salīdzināšana starp ģenētiski atšķirīgiem indivīdiem ļaus pētījuma norises laikā izstrādāt protokolu ar rezistenci saistīto gēnu darbību ietekmējošo DNS rajonu skrīningam. Šāds skrīnings ļautu atlasīt materiālu nākamās fāzes pielietojamajiem pētījumuiem parastās priedes selekcijā. Selekcija samazinās ekonomiskos zudumus, kas sagaidāmi meža augšanas laikā un stiprinās vides un ekonomikas stabilitāti.

Galvenās aktivitātes ir:

1. aizsargreakcijās pret patogēniem iesaistīto gēnu darbību regulējošo DNS rajonu sekvenēšana, noskaidrojot gēnu promoteru sekvencēs sastopamās transkripcijas faktoru piesaistīšanās vietas u.c. šo DNS rajonu parametrus;
2. šo DNS rajonu salīdzināšana starp atšķirīgiem indivīdiem;
3. minēto DNS rajonu epiģenētisko modifikāciju (DNS metilācijas) analīze un salīdzināšana atšķirīgiem indivīdiem kā arī DNS metilācijas dinamikas, reaģējot uz inokulēšanu ar patogēnu, izpēte;
4. gēnu ekspresijas analīze, nosakot gēnu darbību regulējošo DNS rajonu struktūras un epiģnētisko izmaiņu ietekmi attiecīgo gēnu darbību;
5. protokola izstrāde pētāmo reģionu skrīningam parastās priedes selekcijas programmas materiālā.

Aktualitātes

1. Pētījums uzsākts 2020. gada 1. janvārī.
2. 24.01.2020. Lekcija 42. Valsts bioloģijas olimpiādē
3. 2020. gada janvārī–februārī veikta fenotipiski atšķirīgu (pēc terpēnu sastāva un rezistences pret skujbiri) indivīdu atlase, izvērtējot LVMI "Silava" meža selekcijas un kokaugu adaptācijas pētījumu datus, ilglaicīgo pētniecisko objektu datu bāzē atlasīti objekti, kuros atlasītie indivīdi saglabājušies.
4. 2020. gada februārī–martā veikta atlasīto apsekošana dabā, paraugu ievākšana ģenētiskajām analīzēm un indivīdu ģenētiskā pārbaude, izmantojot SSR marķierus, lai apstiprinātu stādījumos esošo 3. punktā minēto indivīdu identitāti.
5. 2020. gada martā–aprīlī ievākti 25 potzari no 5 indivīdiem (kopā 125 potzari), potēšanu veikuši LVM Sēklas un Stādi speciālisti.
6. 2020. gada aprīlī sastādīts iepirkumu saraksts nākamajiem projekta soļiem un noskaidrotas prognozējamās reaģentu izmaksas, notiek iepriekš iegūtā parastās priedes transkriptoma datu analīze, lai uzlabotu praimeru atlasi nākamajā pētījuma solī.
7. 2020. gada aprīlī–jūnijā veikts oligonukleotīdu sekvenču dizains, veiktas izmaiņas eksperimentu plānojumā, COVID-19 izraisīto mobilitātes apgrūtinājumu dēļ paredzēta iespēja visus oligonukleotīdu aprobācijas posmus veikt LVMI "Silava". Gan eksperimenta plānojuma izmaiņu, gan cita sekvenatora izmantošanas oligonukleotīdu aprobācijai dēļ veiktas izmaiņas sagatavotajā reaģentu iepirkumā. Lai šīs izmaiņas veiktu, notika gan zinātniskās, gan tehniskās literatūras analīze un konsultācijas ar reaģentu un sekvenatoru ražotājiem. Apsekoti arī potētie kloni.
8. 25.09.2020. LTV1 raidījumā "Rīta panorāma" Vilnis Šķipars stāsta par darbu Molekulārās ģenētikas laboratorijā. Sižets tapis sižetu sērijas, kas veltīta jauniešiem, lai mudinātu viņus pievērsties zinātniskajam darbam, ietvaros.
9. 1.10.2020. Latvijas Jauno Zinātnieku apvienības tiešsaistes zinātnes kafejnīcas tipa pasākums no pasākumu sērijas "Tiešsaistē ar zinātnieku", kurā Vilnis Šķipars stāstīja par meža koku ģenētikas pētījumiem Latvijā un kaimiņos kā arī par to, ko dara šī pētījuma ietvaros.
10. 12.2020. Žurnāla "Baltijas Koks" decembra numurā rakstā Ko sevī glabā mūsu priede? iepzīstina vietējo, ar meža nozari saistīto auditoriju par pētījuma mērķiem un nozīmi.
11. 26.–27.01.2021. Pētījums atspoguļots populārzinātniskajā konferencē "Zināšanās balstīta meža nozare".
12. 19.–20.05.2021. Pētījuma rezultāti atspoguļoti starptautiskajā konferencē "2021 Forest Genetics Student & PostDoc Symposium", kuru organizē Rietumu mežu ģenētikas asociācija (WFGA) un Kanādas mežu ģenētikas asociācija (CFGA/ACGF).
13. Izanalizēti pirmie masīvās paralēlās sekvencēšanas rezultāti. Lai gan tie dod apstiprinājumu, ka jaunizveidotā metode var dot gaidītos rezultātus, tomēr tās efektivitāte bez turpmākas optimizācijas ir nepietiekama, tāpēc pētījuma mērķu sasniegšanai nolemts lietot citu metodi, to modificējot, lai efektīvi izmantotu jau ieguldītos līdzekļus.
14. 13.09.2021. Lai veicinātu vietējo zinātnieku savstarpējo komunikāciju un sabiedrības izpratni par zinātni, apmeklēts Latvijas Jauno zinātnieku apvienības rīkots neformāls zinātnes kafejnīcas formāta pasākumā Zinātnes pusstops, kurā piedalījās 10 ekonomikas, molekulārās ģenētikas, mikrobioloģijas, ķīmijas, biomedicīnas, arheoloģijas u.c. zinātnes nozaru zinātnieki, t sk. viena dalībniece no Japānas. Diemžēl ar zinātni nesaistīti cilvēki šoreiz nepiedalījās.
15. Esam ieguvuši Oxford Nanopore Technologies sekvenatoru MinION, kas īpašs ar to, ka sniedz iespēju bez pārtraukuma nolasīt garu DNS gragmentu nukleotīdu secības. Tam ir specifiskas priekšrocības datu analīzē.
16. Veiksmīgi sākta Oxford Nanopore Technologies sekvenatora MinION izmantošana. Labprāt iepazīstināsim interesentus ar šo tehnoloģiju, eksperimentu izmaksām un citiem jautājumiem.
17. Pētījuma līdz šim iegūtos rezultātus plānots prezentēt konferencē The 20th IUFRO Tree Biotech and the 2nd FTMB (Forest Tree Molecular Biology and Biotechnology) Conference, kas notiks no 7. līdz 9. jūlijam Harbinā, Ķīnā. Paredzēta attālināta dalība.
18. 7.04.2022. Informācija par pēcdoktorantūras pētījumu un citiem ar priežu ģenētiku saistītiem pētījumiem atspoguļota LR1 raidījumā "Zināmais nezināmajā"
19. Pētījuma līdz šim iegūtos rezultātus plānots prezentēt konferencē 7th IUFRO International Workshop on the Genetics of Tree-Parasite Interactions in Forestry, kas notiks no šī gada 12. līdz 16. septembrim Pontevedrā, Spānijā. Paredzēta dalība klātienē.
20. 30.09.2022. Dalība LVMI "Silava" Mežzinātnes pēcpusdienā. Interesenti, kuru vidū bija gan skolēni, gan pieaugušie, tika iepazīstināti ar pētījuma norisi un nozīmi. Paldies klausītājiem par lekcijas apmeklēšanu!

Praimeru komplekts parastās priedes rezistencē pret sakņu trupi iesaistīto gēnu darbību regulējošo DNS reģionu skrīningam