Výzkumné skupiny

Přeměnu planých druhů rostlin v plodiny lze považovat za zrychlenou evoluci, která je výsledkem lidského a přírodního výběru. Tyto procesy vedly k tzv. domestikačnímu syndromu, který zahrnuje změny vzhledu rostlin, jejich obranyschopnosti a využitelnosti. Za klíčové jsou považovány dva znaky: omezení samovolného šíření a odstranění dormance semen. Omezení šíření bylo u většiny plodin předmětem selekce, aby se usnadnila sklizeň, zatímco u planě rostoucích rostlin je šíření semen zásadní strategií přežití. Stejně tak ve volné přírodě semena klíčí až po uplynutí určitých podmínek, zatímco plodiny mají tendenci klíčit ihned po zasetí.

Semena zásadním způsobem přispěla ke zlepšení reprodukčního potenciálu a schopnosti šíření rostlin. Zvláštní význam má především osemení semen, které zajišťuje ochranu v semeni ukrytého embrya před vniknutím patogenů nebo nepříznivými vlivy prostředí. Osemení představuje fyzikálně-chemickou ochrannou bariéru semen. Semena planě rostoucích a kulturních rostlin se svým vzhledem a vlastnostmi nápadně odlišují, především vlastnosti jejich osemení se v průběhu domestikace zásadně změnily. Schopnost semen přetrvávat v půdě po dlouhou dobu bez rozkladu je do značné míry dána vlastnostmi osemení. Tyto procesy studujeme pomocí kombinace srovnávací anatomie, metabolomiky, genetického mapování a profilování transkriptomu planých předků a příslušných plodin s cílem identifikovat geny a dráhy podílející se na ztrátě dormance semen a pukavosti (dehiscenci) lusků u hrachu, čočky a cizrny.

Zajímáme se také o planě rostoucí příbuzné plodin (Crop Wild Relatives, CWR), zejména luskovin. Je známo, že během domestikace došlo ke snížení diverzity. To vedlo k tomu, že moderní plodiny jsou náchylné k chorobám a škůdcům. CWR zůstávají významným zdrojem genetické rozmanitosti pro zlepšování plodin a tolerance vůči biotickým a abiotickým stresům.

x

Planetu Zemi obývají miliardy druhů mikroorganismů. Značnou část z nich tvoří sinice a řasy, které jsou zodpovědné za polovinu globální primární produkce. V naší skupině se zabýváme otázkami souvisejícími s biodiverzitou a evolucí sinic a řas (zejména zlativek a rozsivek). Zajímají nás konkrétně faktory, které ovlivňují distribuci, diverzifikaci, vývoj druhů sinic a řas a jejich adaptaci na nehostinné podmínky, například sucho. K objasnění evolučních jevů používáme metody na úrovni fenotypu (zejména morfologie), genomu, transkriptomu, epigenomu a proteomu. Evoluční vztahy rekonstruujeme pomocí jednotlivých genů a celých genomů. Důležitou součástí našeho výzkumu je také rozšiřování našich poznatků z taxonomie sinic. Každým rokem nacházíme nové rody a druhy sinic od tropů až po polární oblasti. Dále jsme v průběhu let nastřádali rozsáhlou sbírku sinic, která čítá téměř tisíc kmenů. Část z nich je udržována v rámci sbírky fytopatogenních mikroorganismů (UPOC), která obsahuje také sinice a řasy. Rozvíjíme metodu rychlé identifikace sinic pomocí hmotnostní spektrometrie.

Oddělení fytopatologie a mikrobiologie katedry botaniky, založené a vedené prof. Ing. Alešem Lebedou, DrSc., je vědecky dlouhodobě zaměřeno na komplexní výzkum problematiky biologie fytopatogenních hub a variability interakcí rostlin a fytopatogenních organismů. Výzkumnou činnost lze rozdělit do pěti hlavních částí: 1) Tvorba a udržování sbírek fytopatogenních organismů, zejména biotrofních parazitů rostlin a některých dalších skupin. 2) Studium biologické a genetické variability fytopatogenních hub a jejich dynamiky na nejrůznějších úrovních (individuální a populační, lokální i na úrovni velkých geografických oblastí), včetně jejich rezistence k fungicidům i citlivosti vůči biologickým preparátům. Pozornost je rovněž věnována diagnostice původců chorob rostlin za použití klasických a molekulárních metod. Zejména jde o zástupce řádů Peronosporales (Bremia, Peronospora, Pseudoperonospora, Plasmopara), Erysiphales (Erysiphe, Podospahera, Sphaerotheca) a vybrané skupiny nekrotrofů (Fusarium sp., Ramularia collo-cygni, Oculimacula yallundae, Mycosphaerella graminicola). 3) Kolekce genových zdrojů rostlin (Cucurbitaceae, Lactuca, Solanum) a výzkum jejich taxonomie, biologie, ekologie, biogeografie a genetické variability, jako východiska  pro komplexní výzkum interakcí rostlina-patogen, ale také pro jejich praktické využití jako zdrojů a donorů rezistence ve šlechtění rostlin. 4) Biodiverzita a genetická variabilita interakcí hostitel-patogen v přírodních a kulturních patosystémech na modelových objektech výše uvedených skupin rostlin a patogenů. 5) Výzkum mechanismů rezistence rostlin vůči biotickým a abiotickým vlivům na všech úrovních biologické organizace (molekulární a genetické, fyziologické a biochemické, buněčné a pletivné, individuí, populací a společenstev). Vedoucí oddělení, prof. A. Lebeda, je šéfredaktorem mezinárodního vědeckého časopisu Plant Protection Science.

Naše skupina se zabývá studiem populační genetiky ohrožených druhů rostlin. V rámci našeho výzkumu se snažíme popsat vztahy a rozdíly mezi populacemi, a následně vysvětlit příčiny, které k tomuto rozrůznění vedly. Rovněž se pokoušíme o identifikaci hlavních faktorů negativně ovlivňující populace studovaných druhů. Při našem výzkumu sledujeme rozdíly mezi organismy na úrovni změn v pořadí nukleotidů v DNA. Tyto informace získáváme jednak pomocí klasického Sangerova sekvenování krátkých genomických regionů, tak pomocí metod celogenomového genotypování. Na našem pracovišti provádíme rovněž studie využívající mikrosatelitní anebo AFLP markery. Tyto metody rovněž využíváme pro studium genetické variability genofondových kolekcí planých locik a fytopatogenních hubových organismů. Naše aktivity jsou spjaty s činností dalších pracovních skupin katedry botaniky.

Oddělení tkáňových kultur a rostlinných biotechnologií, je vědecky dlouhodobě zaměřeno na aplikovaný výzkum v oblasti in vitro kultur rostlin. Výzkumná činnost zahrnuje studium regenerace protoplastových kultur rostlin a zygotické embryogeneze in vitro na buněčné a transkripční úrovni. Podstatnou části výzkumných aktivit je i experimentální činnost spojená s mikropropagací léčivých a aromatických rostlin a přípravou jejich nových genotypů pomocí metod artificiální polyploidizace. Nové linie léčivých rostlin jsou testovány na změny genové exprese v biosyntéze sekundárních metabolitů a rovněž na kvalitativní a kvantitativní změny ve spektru sekundárních metabolitů obsažených v rostlinách. Mezi hlavní studované léčivé rostliny patří například konopí, tymián, zběhovec plazivý, kozinec blanitý, brutnák lékařský a zástupci rodu hořec.

Výzkumná činnost oddělení se odráží v pedagogických aktivitách, a to jednak ve spektru nabízených a vyučovaných předmětů v oblasti tkáňových kultur a biotechnologií, ale také v nabídce témat studentských kvalifikačních prací, od bakalářských po témata prací doktorských.