Grupa Dr Alisdair Fernie koncentruje się na identyfikacji czynników zaangażowanych w regulację metaboliczną pierwotnego metabolizmu zarówno w tkankach fotosyntetycznych, jak i heterotroficznych. Szczególny nacisk kładzie się na rolę cyklu kwasu trikarboksylowego i jego udział w różnych procesach biologicznych.
ponadto wykorzystujemy szeroką różnorodność genetyczną w celu zrozumienia genetyki akumulacji metabolitów i obecnie opracowujemy bardzo czułe narzędzia analityczne do określania strumieni metabolicznych. Różne gatunki pomidorów, kukurydzy i Arabidopsis thaliana są podstawowymi systemami modelowymi stosowanymi.
Different tomato accession lines (Solanum spec.) and Arabidopsis thaliana are the most important model organism for the group.
Different tomato accession lines (Solanum spec.) and Arabidopsis thaliana are the most important model organism for the group.
w ziemniakach (Solanum tuberosum) przyjęliśmy wiele strategii dostosowywania strumienia węgla do skrobi. Co ciekawe, we wszystkich przypadkach zwiększa się glikoliza, podczas gdy synteza skrobi zmniejsza się w tych transgenicznych roślinach. Obecnie zajmujemy się również analizą przejścia sacharozy ze skrobi w pomidorze (Solanum lycopersicum). Gdzie nasze interesy obejmują zarówno transport sacharozy, jak i jej wykorzystanie w organach tonących.Kierując się nieoczekiwanym przesunięciem metabolicznym w kierunku oddychania w roślinach wykazujących zwiększoną sukrolizę, zainicjowaliśmy projekt dotyczący lepszego zrozumienia wkładu enzymów cyklu TCA w regulację metaboliczną (również w pomidorach). Co ciekawe, badania te ujawniły bardzo ścisłe związki między metabolizmem mitochondrialnym a fotosyntetycznym, które badamy dalej.
rozwój narzędzi analitycznych i eksperymentalnych
te intrygujące wyniki zmusiły nas do opracowania szerokiej gamy narzędzi analitycznych, aby lepiej badać zawiłości komórkowej maszyny biosyntetycznej. Udoskonaliliśmy niewodne techniki frakcjonowania subkomórkowego w celu oddzielenia chloroplastów i wakuoli od cytozolu. Prowadzimy system profilowania metabolitów, wykorzystujący GC-MS, który pozwala na rozróżnienie dużej liczby metabolitów w każdej z tych próbek (frakcje subkomórkowe lub próbki tkanek). W ten sposób można profilować ponad 300 związków > 100 z tych związków o znanych strukturach chemicznych. Kolejnym eksperymentalnym rozwinięciem, które badamy, jest wykorzystanie chemicznie indukowanych promotorów do kierowania ekspresją transgenu w kontrolowany sposób w celu zbadania perturbacji metabolizmu na podstawie czasowej. W ostatnich latach dodatkowo stworzyliśmy platformę RT-PCR dla czynników transkrypcyjnych pomidorów i wrażliwych metod śledzenia metabolizmu stabilnego substratu znakowanego izotopem oraz platformę opartą na LC-MS do analizy fenylopropanoidów roślinnych i ukierunkowanej analizy hormonów.
Profilowanie metaboliczne w gatunkach psiankowatych
Profilowanie metaboliczne przy użyciu technologii spektrometrii mas chromatografii gazowej (GC-MS) stanowi zarówno szybką i solidną metodologię wielordzeniowej analizy metabolitów, jak i w dużej mierze niewykorzystany potencjał w dziedzinie genomiki funkcjonalnej. Obecnie jesteśmy w trakcie stosowania tej techniki do profilowania pierwotnego metabolizmu zróżnicowanych genetycznie i środowiskowo Systemów roślin psiankowatych (zarówno ziemniaka, jak i pomidora). Zastosowanie tej techniki w połączeniu z bioinformatycznymi narzędziami do eksploracji danych pozwala na kompleksową analizę fenotypów metabolicznych i identyfikację fenokopi metabolicznych (czyli dwóch inaczej manipulowanych systemów, które są do siebie bardzo podobne na podstawie ich metabolicznych dopełnień). Co więcej, fakt, że ta metoda daje informacje na temat wielu metabolitów w jednym ekstrakcie ułatwia zastosowanie obszernej analizy korelacji między różnymi metabolitami, a tym samym pozwala wyciągnąć wiele wniosków dotyczących interakcji metabolicznych w tych systemach.
Different introgression lines of Solanum lycopersicum each harbouring definded and distinct substitutions from Solanum pennelli that cover the entire genome.
różne linie introgresji Solanum lycopersicum, z których każda zawiera określone i odrębne podstawienia od Solanum pennelli, które obejmują cały genom.
podjęliśmy się dużego projektu we współpracy z Prof. Dani Zamir (Uniwersytet Hebrajski w Jerozolimie, Rehovot), w którym sprofilowaliśmy metaboliczny dopełniacz serii ponad 80 linii introgresyjnych Solanum lycopersicum, z których każda zawiera określone i odrębne podstawienia od Solanum pennelli, które obejmują cały genom. Profilowanie tych linii obejmie analizę MS wraz z analizą związków polimerowych, takich jak skrobia, białko i składniki ściany komórkowej. Ostatnio rozszerzyliśmy je na poziomie związków, tkanek i gatunków, aby dać znacznie wyższą rozdzielczość genetycznej kontroli metabolizmu i sposobu, w jaki szlaki, a nawet narządy roślin konkurują o substrat w różnych warunkach środowiskowych.
Co-expression network between polyphenol metabolism and light signalling related genes. Co-expression data obtained from a co-expression database generated by ~1,400 of Affymetrix ATH1 microarrays was used in the construction of a co-expression network. Each node represents polyphenol metabolism (blue) and light signaling related genes (yellow).
sieć Koekspresji między metabolizmem polifenoli a genami związanymi z sygnalizacją świetlną. Do budowy sieci koekspresji wykorzystano dane uzyskane z bazy koekspresji Wygenerowanej Przez ~1400 mikromacierzy Affymetrix ATH1. Każdy węzeł reprezentuje metabolizm polifenoli (niebieski) i geny związane z sygnalizacją świetlną (żółty).
również w owocach pomidorów zaczęliśmy odkrywać funkcjonalną sieć związaną z czynnikami transkrypcyjnymi i prowadzimy projekty dotyczące inżynierii metabolicznej i metabolomiki wspomaganej hodowli fenoli (które są dobrze znane, mają korzyści zdrowotne dla ludzi, a także pomagają w odpowiedziach na stres w samych roślinach). W Arabidopsis stosujemy podobne podejście w odniesieniu do fenoli-zwracając szczególną uwagę na izolację, identyfikację i charakterystykę funkcjonalną nowych fenylopropanoidów.
inne działania grupy
Grupa Alisdair Fernie jest również, dzięki finansowaniu z unijnego projektu Horizon2020 Teaming PlantaSyst (SGA-CSA nr 664621 i nr 739582 w ramach FPA nr 664620) obecnie zaangażowana w pomoc w utworzeniu Centrum Biologii Systemów roślin i biotechnologii w Płowdiwie, Bułgaria.
