Natural sciences [2020-10-01]

Diamentowy Grant na ulepszenie upraw łubinu

— Marcin Behrendt

Łubin odporniejszy na suszę i uprawy bardziej opłacalne - to cel badań, na które Sebastian Burchardt, student biotechnologii na UMK, zdobył Diamentowy Grant.

Program Diamentowy Grant wspiera rozwój karier wybitnie uzdolnionych studentów studiów jednolitych magisterskich lub absolwentów studiów I stopnia prowadzących badania naukowe na wysokim poziomie i posiadających wyróżniający się dorobek naukowy. W tej edycji minister nauki i szkolnictwa wyższego Wojciech Murdzek wyłonił 69 laureatów spośród 173 wnioskodawców. 

Mój Diamentowy Grant jest konsekwencją długoletnich badań, prowadzonych na UMK przez zespół naukowy prof. Wilmowicz, do którego i ja obecnie należę - mówi Sebastian Burchardt, student biotechnologii drugiego stopnia na Wydziale Nauk Biologicznych i Weterynaryjnych Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.

Zaczęły się one od grantu Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi, dotyczącego zwiększenia areału upraw roślin o wysokiej zawartości białka, które są wykorzystywane do produkcji pasz. Badania na początku dotyczyły strefy odcinania kwiatów i strąków łubinu żółtego, którego nasiona są cennym źródłem białka. U wrażliwego na suszę łubinu deficyt wody, aktywując strefę odcinania, powoduje przedwczesną i nadmierną separację kwiatów, co uniemożliwia zawiązanie strąków oraz wytworzenie dużej, pożądanej ilości nasion. Zmniejszony w ten sposób plon sprawia, że uprawa łubinu jest mniej opłacalna dla rolników. 

We wspomnianym grancie ministerialnym zagadnienie dotyczące strefy odcinania i separacji kwiatów realizowały dr hab. Emilia Wilmowicz, prof. UMK z Katedry Fizjologii Roślin i Biotechnologii Wydział Nauk Biologicznych i Weterynaryjnych UMK oraz dr Agata Kućko obecnie zatrudniona w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Biolożki opisały fizjologiczne, biochemiczne i molekularne przemiany odpowiedzialne za powstawanie oraz funkcjonowanie strefy odcinania kwiatów. Dodatkowo zajmowały się badaniem udziału hormonów roślinnych w regulacji tych procesów. W ubiegłym roku studentka prof.  Wilmowicz, mgr Aleksandra Florkiewicz zdobyła na kontynuację tych analiz Diamentowy Grant zatytułowany "Poszukiwanie markerów stresu suszy glebowej znajdujących zastosowanie w selekcji odmian łubinu żółtego o zwiększonym potencjale plonotwórczym". W tym roku do tego grona dołączył Burchardt, który otrzymał 219 975 zł na badania dotyczące "Wpływu stresu suszy glebowej na zmiany metabolizmu i szlaku transdukcji sygnału jasmonianów zachodzące w korzeniu łubinu żółtego oraz na modyfikacje składu mikrobiomu korzeniowego". 

Wnikanie bakterii glebowych do korzenia umożliwia powstanie brodawek korzeniowych, które mają zdolność wiązania azotu z powietrza. Część tego pierwiastka jest wykorzystywana w postaci przyswajalnej przez roślinę, a część odkładana w glebie, co podnosi jej żyzność i ogranicza konieczność stosowania sztucznych nawozów. Stres suszy glebowej zaburza u łubinu żółtego rozwój i funkcjonowanie korzenia oraz brodawek korzeniowych. Towarzyszy temu zmieniający się poziom tzw. hormonów stresowych, w tym jasmonianów, które mogą wpływać na ilość wytworzonych brodawek korzeniowych, przez co także na poziom wiązanego azotu. Ponadto hormony te mogą decydować o pojawieniu się mikroorganizmów, które zwiększają odporność rośliny na suszę. Dlatego celem projektu jest poznanie szlaku regulującego powstawanie i działanie jasmonianów w korzeniu podczas stresu suszy glebowej oraz określenie udziału tych hormonów w bioróżnorodności mikroorganizmów, które decydują o złagodzeniu reakcji rośliny na stres suszy.

Jak toczą się badania? Na początku trzeba zadbać o materiał badawczy. Łubin rośnie w komorach uprawnych, gdzie panują odpowiednie warunki świetlne i temperaturowe. Na pewnym etapie rozwoju rośliny są poddawane kontrolowanej suszy, a następnie wycina się z nich brodawki korzeniowe oraz korzeń. Wyizolowany materiał jest przechowywany w temperaturze - 80 stopni Celsjusza i analizowany w kolejnych etapach badań. 

To szansa dla całej społeczności akademickiej – przekonuje  Burchardt. - Ja już z niej skorzystałem otrzymując w czerwcu 2020 r. grant badawczy dla studentów. To jest projekt dotyczący przemian lipidowych w korzeniu. Wszystkie podjęte badania są ze sobą powiązane i składają się w tematyczną całość. 

Laureat Diamentowego Grantu wiąże swoją przyszłość z UMK. Prace licencjacką napisał na temat strefy odcinania kwiatów łubinu i funkcjonowania enzymów chroniących roślinę przed stresem oksydacyjnym. W pracy magisterskiej kontynuuje te badania, bo tematyka jest rozległa. Rozwój naukowy studentom ułatwia włączenie UMK w poczet uczelni badawczych. - To szansa dla całej społeczności akademickiej – przekonuje  Burchardt. - Ja już z niej skorzystałem, otrzymując w czerwcu 2020 r. grant badawczy dla studentów na realizację projektu dotyczącego przemian lipidowych w korzeniu. Wszystkie te badania są ze sobą powiązane i składają się w tematyczną całość. 

Młody student w konkursie IDUB mógł dostać 5 tys. zł na wyjazd konferencyjny lub na mały projekt badawczy. Wybrał ten drugi. Teraz skupia się na realizacji Diamentowego Grantu. Kwota, którą ma do dyspozycji, obejmuje środki na prowadzenie badań, kupno sprzętu, odczynników oraz konieczne zlecenia dla firm zewnętrznych. W dofinansowanie jest też wliczone wynagrodzenie dla młodego naukowca. - Dzięki temu mam już pracę na cztery najbliższe lata - mówi Sebastian Burchardt. - 219 tys. zł to sporo pieniędzy, ale trzeba pamiętać, że badania molekularne są bardzo kosztowne, np. cena jednego zestawu do reakcji, z których korzystamy, sięga kilku tysięcy złotych. 

Wyniki badań, w których uczestniczy "diamentowy student", mogą mieć istotne znaczenie dla rolnictwa. Podczas realizacji trwającego jeszcze grantu dotyczącego surowców białkowych to łubin żółty został wyselekcjonowany jako ten najlepszy, ponieważ charakteryzuje się małymi wymaganiami glebowymi przy jednoczesnym korzystnym składzie aminokwasowym białek. Naukowcy z UMK dążą do tego, by uprawa łubinu była bardziej opłacalna. Chcieliby wyselekcjonować odmiany odporne na suszę. - Dzięki lepszemu wykorzystaniu nasion łubinu jako materiału paszowego, moglibyśmy uniezależnić się od importowania zagranicznych surowców. Ograniczyć stosowanie soi modyfikowanej genetycznie - podsumowuje młody biolog.