KATEDRA GENETIKY

VÝSKUM
Výskumné zameranie Katedry genetiky je orientované na genetickú reguláciu biosyntézy sekundárnych metabolitov s využitím molekulárno-genetických, biochemických a bioinformatických prístupov na rôznych OMICS úrovniach od funkčnej genomiky po metabolomiku. Predmetom záujmu sú gény so vzťahom k sekundárnym metabolitom s protinádorovou aktivitou produkovanými niektorými zástupcami rodu Hypericum. Paralelne prebieha aj výskum sekundárnych metabolitov zo skupiny izoprenoidov v modelovej rastline Arabidopsis thaliana.

Regulácia biosyntézy hypericínu v zástupcoch rodu Hypericum

Hypericín a jeho deriváty predstavujú zaujímavé fotodynamické pigmenty, ktoré sú v rastlinnej ríši produkované primárne niektorými zástupcami rodu Hypericum. Napriek ich narastajúcemu významu s perspektívou využitia vo fotodynamickej terapii a diagnostike niektorých nádorov, ostávajú genetické aspekty regulácie ich biosyntézy v rastline neobjasnené. V súčasnosti prebieha identifikácia a validácia kandidátnych génov kódujúcich kľúčové enzýmy biosyntézy hypericínu.

Biotechnológia ako alternatíva produkcie sekundárnych metabolitov s protinádorovou aktivitou vrode Hypericum

Na štúdium biosyntézy sekundárnych metabolitov v rode Hypericum a jej časovo-priestorovej regulácie nadväzujú biotechnologické prístupy, ktorých cieľom je indukcia tvorby týchto látok v rôznych typoch rastlinných pletív a buniek v systéme in vitro vrátane geneticky transformovaných. Toto štúdium je v súčasnosti zamerané na vplyv exogénnych signálov, vrátane biotických a abiotických elicítorov, na produkciu biomasy a sekundárnych metabolitov. Jeho súčasťou je vplyv stresorov asociovaných s kryogénnym pôsobením.

Regulácia biosyntézy izoprenoidov v modelovej rastline Arabidopsis thaliana

Izoprenoidy v rastlinách majú funkciu primárnych (fytosteroly, chlorofyly, karotenoidy, hormóny, chinóny) ako aj sekundárnych metabolitov, ktoré sú zapojené do interakcie rastlín s ich prostredím. Navyše, mnoho izoprenoidov môže byť využitých ako liečivá (protirakovinový liek taxol, antimalarikum artemisinin, antidepresívum hyperforin), výživové doplnky (vitamín A, vitamín K, vitamín E, koenzým Q10), v potravinárskom a kozmetickom priemysle ako rôzne príchute (limonén, mentol, steviol), vône (geraniol, limonén) a pigmenty (karotenoidy a xantofyly), ako agrochemikálie alebo dezinfektanty (terpenoidy). Izoprenoidy sa môžu stať aj zdrojom biopalív. Pochopenie biosyntézy izoprenoidov v rastlinách tak môže uľahčiť molekulárne šľachtenie a genetické inžinierstvo vedúce k lepšiemu výnosu plodín a kvalite potravín. Okrem toho môže genetické inžinierstvo plodín a mikroorganizmov prispieť k produkcii ekonomicky zaujímavých rastlinných izoprenoidov.

V súčasnej dobe máme tri hlavné smery výskumu izoprenoidovej metabolickej dráhy:
i) Transkripčná regulácia syntézy izoprenoidov
ii) Vzťah medzi reguláciou biosyntézy izoprenoidov a vývinom rastlín
iii) Identifikácia a charakterizácia neznámych génov a metabolitov izoprenoidovej metabolickej dráhy v modelovej rastline Arabidopsis thaliana s cieľom modelovať a simulovať biosyntézu izoprenoidov.