Dnia 11 grudnia 2019r. zespół kierowany przez Panią prof. dr hab. Annę Mikułę w składzie: mgr Małgorzata Grzyb, dr Lucyna Domżalska i prof. dr hab. Jan Rybczyński został uhonorowany nagrodą Wydziału II Nauk Biologicznych i Rolniczych Polskiej Akademii Nauk za wybitne osiągnięcia badawcze opisane w cyklu publikacji pod tytułem: „Odkrycie i rozwinięcie systemu modelowego somatycznej embriogenezy u roślin z kladu Monilophyta w warunkach in vitro”. Ogólnoświatowa fascynacja procesem somatycznej embriogenezy zachodzącym w kulturach in vitro trwa już ponad 60 lat. Została zapoczątkowana opisaniem przez Reinerta i zespół Stewarda w 1958 struktur marchwi przypominających swoim wyglądem i rozwojem izolowane z nasion zarodki zygotyczne. Wiele lat po tym odkryciu okazało się, że nie jest to proces ograniczony tylko do roślin dwuliściennych. W 1980 roku, Vasil i Vasil (1980) otrzymali zarodki somatyczne u Pennisetum americanum – przedstawiciela roślin jednoliściennych, a 5 lat później Hakman i von Arnold (1985) opisali zarodki u Picea abies – gatunku należącego do nagonasiennych. Najpóźniej, bo dopiero w 2000 r., udokumentowano regenerację drogą somatycznej embriogenezy u Lycopodiella inundata – widłaka będącego przedstawicielem roślin zarodnikowych (Atmane et al. 2000). Olbrzymia efektywność rozmnażania roślin drogą somatycznej embriogenezy stała się podstawą wykorzystania tego zjawiska w hodowli, selekcji i zabezpieczaniu różnorodności biologicznej wielu gatunków o znaczeniu użytkowym. Duże zainteresowanie tą drogą regeneracji sprawiło, że do 2015 r. proces somatycznej embriogenezy opisano u wielu gatunków roślin nasiennych i dwóch zarodnikowych reprezentowanych przez widłaki (Atmane et al. 2000; Szypuła et al. 2005). Luka w odkrywaniu somatycznej embriogenezy, widoczna na drzewie filogenetycznym pomiędzy roślinami nasiennymi a widłakami, została wypełniona przez Zespół Biotechnologii Konserwatorskiej PAN OB-CZRB w Powsinie. W 2015 roku Członkowie tego Zespołu po raz pierwszy na świecie opisali somatyczną embriogenezę u paproci drzewiastej Cyathea delgadii należącej do kladu Monilophyta (Mikuła et al. 2015), dowodząc tym samym, że badany proces ma charakter ogólnobiologiczny.
Odkrycie somatycznej embriogenezy w nieopisanej pod tym kątem grupie roślin zarodnikowych, która jest najbliżej ewolucyjnie spokrewniona z roślinami nasiennymi, jest oczywiście fascynujące samo w sobie. Uwaga Zespołu została jednak szybko pochłonięta przez szereg cech systemu eksperymentalnego C. delgadii, dzięki którym uznano go za unikatowy model w badaniu somatycznej embriogenezy. Model ten swoją specyfiką indukowania i przebiegu tego procesu, pozwala na penetrowanie obszarów badawczych niedostępnych u innych roślin, w tym u obiektów modelowych wykorzystywanych powszechnie w biologii eksperymentalnej, takich jak Arabidopsis thaliana, Medicago spp. czy Daucus carota. Efektem badań przeprowadzonych w oparciu o system C. delgadii jest stworzenie strukturalnych, fizjologicznych i proteomicznych podstaw nabywania przez komórki somatyczne potencjału embriogenicznego, wchodzenia na drogę pierwszych podziałów komórkowych i formowania zarodków somatycznych. Temu zagadnieniu dedykowany jest cykl publikacji przedstawionych w niniejszym wniosku.
Wraz z odkryciem somatycznej embriogenezy w grupie roślin bezpośrednio poprzedzających wyewoluowanie roślin nasiennych i rozwinięciem systemu eksperymentalnego, grupa naukowa Zespołu Biotechnologii Konserwatorskiej stworzyła unikatowe warunki umożliwiające opisanie mechanizmu indukowania zarodków somatycznych oraz śledzenie ewolucji genów zaangażowanych w ten proces. Badania prowadzone z wykorzystaniem modelu paprociowego mogą również utorować drogę uzyskaniu odpowiedzi na jedno z kluczowych dla nauki pytań „How does a single somatic cell become a whole plant?”, postawionych w 2005 r. na łamach czasopisma Science (Kennedy, Norman 2005). Być może również dzięki paproci drzewiastej C. delgadii uda się w przyszłości uzyskać odpowiedź, dlaczego jedne komórki eksplantatu stają się komórkami kompetentnymi, podczas gdy inne nie. Lepsze poznanie podstaw badanego procesu poszerzy również możliwości wykorzystania tego zjawiska w praktyce.
Cytowane prace:
Atmane N, Blervacq AS, Michaux-Ferriere N, Vasseur J (2000) Histological analysis of indirect somatic embryogenesis in the Marsh clubmoss Lycopodiella inundata (L.) Holub (Pteridophytes). Plant Sci 156:159–167. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(00)00244-2
Hakman I and von Arnold S (1985) Plantlet regeneration through somatic embryogenesis in Picea abies (Norway spruce). J Plant Physiol 121:149-158. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(85)80040-7
Kennedy D and Norman C (2005) What don’t we know? Science 309(5731):75–102. doi:10.1126/science.309.5731.75
Mikuła A, Pożoga M, Tomiczak K, Rybczyński JJ (2015) Somatic embryogenesis in ferns: a new experimental system. Plant Cell Rep 34(5):783–794. https://doi.org/10.1007/s00299-015-1741-9
Reinert J (1958) Untersuchungen über die Morphogenese an Gewebekulturen. Ber Dtsch Bot Ges 71:15
Steward FC, Mapes MO, Mears K (1958) Growth and organized development of cultured cells. II. Organization in cultures grown from freely suspended cells. Am J Bot 45:705–708
Szypuła W, Pietrosiuk A, Suchocki P, et al. (2005) Somatic embryogenesis and in vitro culture of Huperzia selago shoots as a potential source of huperzine A. Plant Sci 168:1443–1452. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2004.12.021
Vasil V and Vasil IK (1980) Isolation and culture of cereal protoplasts. II. Embryogenesis and plantlet formation from protoplasts of Pennisetum americanum. Theor Appl Genet 56:97-99