Komparativna i funkcionalna genomika fitoplazmi– emergentnih biljnih patogena u Hrvatskoj

Akronim: GenoPhyto

Trajanje od 1.7. 2015. do 30.6. 2018.

Voditelj: doc. dr. sc. Martina Šeruga Musić

Sažetak:

Fitoplazme (rod ‘Candidatus Phytoplasma’) su bakterije bez stanične stijenke iz razreda Mollicutes koje uzrokuju brojne ekonomski značajne bolesti biljaka u čitavom svijetu. Složenog su i jedinstvenog životnog ciklusa jer parazitiraju unutar stanica biljnog floema kao i stanica kukaca, a trebaju oba domaćina za preživljenje i rasprostranjivanje u prirodi. Imaju male genome bogate ponavljajućim sljedovima reducirane u osnovnim metaboličkim putovima. Još uvijek ih nije moguće uzgojiti u čistoj kulturi in vitro. Unatoč tome, u potpunosti su sekvencirana i dostupna 4 fitoplazmatska genoma uz nekolicinu nepotpunih. Era genomike donijela je značajna saznanja o funkcioniranju fitoplazmi, no mnogi mehanizmi, uključujući patogenost, još nisu razjašnjeni. Prisutnost fitoplazmi u Hrvatskoj dokazana je molekularnim metodama na simptomatičnim trsovima vinove loze krajem 90.-tih. Broj novootkrivenih fitoplazmatskih vrsta, kukaca-vektora kao i ugroženih biljnih vrsta neprestano raste, s najbolje karakteriziranim patosistemima na vinovoj lozi te voćkama. Glavni cilj ovog projekta je sekvenciranje izolata fitoplazme ‘Ca. P. solani’, najrasprostranjenije u Hrvatskoj, te generiranje i analiza nacrta ili potpuno sastavljenih genoma. Dobiveni rezultati ukazali bi na potencijalne

efektore - faktore virulencije kao i druge molekule uključene u interakcije s domaćinima i prilagodbe na različite okolišne uvjete. Nadalje, bili bi genotipizirani novi i već dostupni izolati MLST (multilocus sequence typing) analizom konstitutivnih te specifičnih varijabilnih gena. Zadaća projekta je i razvoj novih oruđa za genotipizaciju sa svrhom poboljšane dijagnostike te molekularno-epidemioloških studija s primjenom u procjeni rizika. Funkcionalne studije bile bi usmjerene na površinske varijabilne membranske proteine odgovorne za interakcije s kukcima-vektorima te prilagodbu različitim populacijama kukaca. Ovo bi bio prvi projekt sekvenciranja nekog genoma bakterijskog patogena u Hrvatskoj. Ovim uspostavnim projektom kao i otvaranjem nove istraživačke grupe otvorilo bi se posve novo područje molekularne biljne patologije i genomike, slabo zastupljeno u hrvatskoj znanosti, a dobiveni rezultati postavili bi osnove za mnoga buduća istraživanja.

Istraživačka skupina:

Doc. dr. sc. Martina Šeruga Musić,  PMF, Sveučilište u Zagrebu, Hrvatska
Izv. prof. Dijana Škorić, PMF, Sveučilište u Zagrebu, Hrvatska
Dr. sc. Ivana Samaržija, PMF, Sveučilište u Zagrebu, Hrvatska
Prof. SaskiaHogenhout, John Innes Centre. Ujedinjeno Kraljevstvo
Dr. Xavier Foissac, HDB, INRA - Centre de Bordeaux, Francuska
Dr. sc. Željko Budinščak, Zavod za zaštitu bilja (ZZB), Hrvatski centar za poljoprivredu, hranu i selo (HCPHS), Hrvatska
Mr. sc. Ivana Križanac. ZZB, HCPHS, Hrvatska
Dr. sc., Jelena Plavec, ZZB, HCPHS, Hrvatska

Comparative and functional genomics of phytoplasmas–emerging plant pathogens in Croatia

Team leder: Assist.Prof. Martina Šeruga Music

Abstract:

Phytoplasmas (genus 'Candidatus Phytoplasma') are wall-less bacteria from the class Mollicutes that affect numerous plant species worldwide causing significant economic losses. They have a unique life-style inhabiting plant phloem and insect cells and needing both hosts for survival and dispersal in nature. Their genomes are repeat-rich yet relatively small and reduced with many basic metabolic pathways missing. Phytoplasma axenic cultivation is still challenging. Nevertheless, four phytoplasma genomes have been completely sequenced and annotated with several genome drafts also available. However, the understanding of all mechanisms underlying phytoplasma pathogenicity is far from complete. First molecular evidence for the phytoplasma presence in Croatia has been given in late 1990’s on grapevine. Since then, the number of newly discovered phytoplasma species, insect vectors and affected plant hosts is constantly rising with grapevine and fruit trees’ phytoplasma pathosystems being well characterized. The main objective of this project would be sequencing of different isolates of ‘Ca. P. solani’, the most widespread phytoplasma in Croatia, with generation and comparative analysis of genome drafts or fully assembled genomes. Obtained results would give new data on candidate virulence effectors as well as other factors involved in interactions with hosts and adaptation to different environments. Another goal would be genotyping of new and already available isolates by multilocus sequence typing (MLST) analyses of different house-keeping and specific variable genes. New genotyping tools for improved diagnostics and molecular epidemiology studies with implications in risk assessment would also be developed. Functional studies would focus on surface variable membrane proteins involved in interactions with insect hosts and adaptation to diverse insect populations. Moreover, this would be the first sequencing project of a bacterial plant pathogen genome in Croatia. The establishment of this project and a research group would open a completely new field of molecular plant pathology and genomics, under-represented in Croatian science, and set a base for many subsequent studies.

Team Members:

Martina Šeruga Musić, Assist.Prof., Faculty of Science, University of Zagreb, Croatia
Dijana Škorić, Assoc. Prof., Faculty of Science, University of Zagreb, Croatia
Saskia Hogenhout, Prof., PhD, John Innes Centre, UK
XavierFoissac, HDR, PhD, INRA - Centre de Bordeaux, France
Željko Budinšćak, PhD, Institute for Plant Protection, Croatian Centre for Agriculture, Food and Rural Affairs (IPP, CCAFRA), Croatia
Ivana Križanac, MSc, IPP, CCAFRA, Croatia
Jelena Plavec, PhD, IPP, CCAFRA, Croatia