Onderzoek Hamada Abd Elgawad

Abstract

Naast de groeistimulerende interacties tussen de bodemmicrobioom en planten is er toenemend bewijs dat bovengrondse plantenweefsels beschikken over hun eigen microbioom van endophyten. Verschillende hiervan stimuleren groei onder optimale of limiterende condities, wat kan bijdragen tot een duurzame verbetering van gewasproductiviteit, maar hoe ze de groeiende weefsels beïnvloeden is nog onduidelijk. Het doel van dit project is het bestuderen van de effecten van endophytische schimmels en bacteriën op bladgroeiregulatie en productiviteit in mais onder optimale en droogte condities. Endophytische schimmels en bacteriën geïsoleerd uit de bladgroeizone van grassen uit aride gebieden zullen functioneel worden gekarakteriseerd met een multidisciplinaire studie. Dit omvat cultivatie en in-planta testen van isolaten voor hun effect op bladgroei onder optimale en droogte condities. Het genoom van groeistimulerende isolaten zal worden gesequeneerd, geannoteerd en phylogentisch geanalyseerd. Functionele analyse van de endophyten in planta zal bestaan uit kinematische analyses van celdeling en expansie, flow-cytometrie, NGS sequenering (plant en endophytic mRNA), metaboloom analyse en kwantificatie van endophyt-aantallen onder controle en droogtecondities. De invloed van de plant op de ontwikkeling van de endophyten zal worden getest door de kolonisatie en groeieffecten te vergelijken tussen maïsvarieteiten en specifieke mutanten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Beemster Gerrit
• Co-promotor: Abd Elgawad Hamada

Onderzoeksgroep(en)

• Geïntegreerd Moleculair Plantenfysiologisch Onderzoek (IMPRES)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Koude in het voorjaar is een belangrijke limiterende factor voor maïsteelt in Noord-West Europa. In het algemeen zijn koude periodes kortstondig en het is vastgesteld dat de herstelcapaciteit van variëteiten bepalend is voor hun opbrengst. Desondanks zijn de mechanismen die het herstel bepalen, in contrast tot de directe effecten van stress condities, tot nu toe nauwelijks bestudeerd. Dit project beoogt om deze kennis te vergaren door gebruik te maken van een innovatief experimenteel systeem waar kortdurende blootstellingen aan koude worden toegediend tijdens verschillende fasen van de ontwikkeling van het 4e blad van maïsvariëteiten met contrasterende koudetolerantie. Geavanceerde groeianalyse zal worden gebruikt om het effect op de groei van het blad te bepalen gedurende en tijdens het herstel van de koude, totdat het blad stopt te groeien. Kinematische analyse zal worden gebruikt om de cellulaire basis van de groeiresponse en het herstel te quantificeren. We zullen de moleculaire veranderingen in de bladgroeizone tijdens de response en herstelfase analyseren door middel van mRNA sequencing, metabolische analyse van antioxidanten en suikers en biochemische bepaling van enzymactiviteiten. Op het fysiologisch vlak zullen we de response van fotosynthese en waterhuishouding bepalen. Gebaseerd op deze brede, geïntegreerde analyse, zullen we kandidaat herstelgenen identificeren. Hiervan zullen mutanten en transgene lijnen worden bestudeerd, zowel in onze gestandaardiseerde experimentele condities als in het veld. De verkregen kennis zal wetenschappelijk vernieuwend en relevant voor de veredeling zijn.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Beemster Gerrit
• Co-promotor: Abd Elgawad Hamada
• Mandaathouder: Lainé Cindy

Onderzoeksgroep(en)

• Geïntegreerd Moleculair Plantenfysiologisch Onderzoek (IMPRES)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door de opname van koolstof en de transpiratie van water door bossen te beïnvloeden, beïnvloedt boomfenologie ook het lokale weer en de klimaatverandering op de lange termijn. Het bestuderen van de lentefenologie van gematigde bomen is dus meer dan alleen de hobby van een bioloog. Ondanks een schat aan observaties van de datum dat bladeren in het voorjaar verschijnen, wordt dit proces nog steeds niet volledig begrepen. Leaf-out kan op zeer verschillende momenten in de lente voorkomen, ondanks vergelijkbaar lenteweer. Een deel van de reden is dat het uitlopen van de knoppen in de lente slechts het eindpunt is van een hele winter van knopreacties op koude temperaturen, op warme temperaturen en op veranderingen in de daglengte. Om de klimatologische controle over de lentefenologie volledig te begrijpen en dus modellen te kunnen produceren die toekomstige veranderingen in de lentefenologie nauwkeurig kunnen voorspellen, is inzicht nodig in wat er gebeurt tijdens de lange winter, wanneer knoppen blijkbaar in slaap zijn. Dit project richt zich precies daarop: wat gebeurt er tijdens de rustfase van de knop waardoor ze meer of minder gaan reageren op warmere lentetemperaturen. We zullen twee grote experimenten uitvoeren waarin temperatuur en daglengte worden gewijzigd, en gedurende het hele winterseizoen veranderingen in genexpressie, in metabolietconcentraties en in de graad van dormantie in de gaten houden. Het uiteindelijke doel is om meer inzicht te krijgen in de lentefenologie, maar ook om genen of metabolieten te identificeren die informatie kunnen geven over de rusttoestand tijdens de winter, en daarmee over de gevoeligheid van de knop voor de opwarming van de lente.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Janssens Ivan
• Co-promotor: Abd Elgawad Hamada
• Co-promotor: Asard Han
• Co-promotor: Campioli Matteo

Onderzoeksgroep(en)

• Planten- en Ecosystemen (PLECO) - Ecologie in tijden van verandering

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Droogte is de meest limiterende factor voor zowel gewasopbrengst als ecosysteemproductiviteit en zal in het licht van de klimaatverandering een nog grotere rol gaan spelen. Één van de eerste responsen van planten op droogte is de afname in bladgroei. Dit is het gevolg van een inhibitie van de celgroei in de groeizone in het blad. Celgroei wordt aangedreven door een hydrostatische druk (turgordruk) die gegenereerd wordt in de cel, maar de controle treedt voornamelijk op door regulatie van de reversibele (elastische) en irreversibele (plastische) uitrekbaarheid van de celwand. Dit project beoogt de regulatie van dit cruciale proces beter te leren begrijpen. Hiervoor ontwikkelden we een nieuwe experimentele setup die het mogelijk maakt de mechanische eigenschappen in verschillende delen van de bladgroeizone te meten via het experimenteel opvoeren van de turgordruk. We zullen dit toepassen op droogtegestresseerde bladeren en optimaal bewaterde controles. In parallel bepalen we de turgor zelf in onbehandelde segmentjes met behulp van psychometrie. The extensibilteitmetingen zullen gevalideerd worden met onafhankelijke methoden: Atomic Force Microscopie om de turgor en celwandelasticiteit te meten en extensiometrie om de plasticiteit te bepalen. Het experiment maakt gebruik van levend weefsel in een waterige oplossing, zodat we regulatorische componenten (H2O2, Abscisic acid, suikers en verandering van pH) kunnen toevoegen om hun effect te bestuderen. Van deze componenten die in de literatuur zijn gelinkt aan de regulatie van celexpansie in andere experimentel systemen toonden we eerder aan dat hun concentratie in de groeizone sterk beïnvloed wordt door droogte. Dit project zal een duidelijk inzicht opleveren in de mechanistische basis van de groeiresponse op droogte en de regulatie ervan. Hiermee, wordt een basis gelegd voor de ontwikkeling van meer tolerante variëteiten van landbouwgewassen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Abd Elgawad Hamada

Onderzoeksgroep(en)

• Geïntegreerd Moleculair Plantenfysiologisch Onderzoek (IMPRES)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Planten hebben licht nodig voor groei en hoe planten hun groei reguleren in response op licht is het centrale thema van dit project. Licht is nodig voor de productie van suikers via fotosynthese en suikers op hun beurt fungeren als signaalmoleculen die ontwikkelingsprocessen sturen, inclusief celdeling en expansie. Studies van groeiregulatie door suikers zijn voornamelijk uitgevoerd in Arabidopsis, maar wij gebruiken het maisblad vanwege zijn grotere omvang, wat ons toestaat om analyses van het suikermetabolisme te doen specifiek gericht op delende en expanderende cellen die groei drijven. Onze preliminaire data tonen aan dat het beschaduwen van volwassen bladere de groei van jonger bladeren remt, maar dat beschaduwen van het volwassen deel van het groeiende blad de groei ervan stimuleert. Ook hebben we 4 mutanten van genen in het suikermetabolisme die een veranderd groeifenotype vertonen. Om te begrijpen hoe deze regulatie werkt, zullen we bestuderen in hoeverre suiker wordt getransporteerd van source bladeren en van het volwassen deel van het groeiende blad (via studies van radioactieve 11CO2 toegediend aan de verschillende bladeren). Hoe suiker de bladgroei reguleert op het cellulair (deling en expansie), metabolisch (suikers en hormonen), biochemisch (enzym activiteiten) en transcriptional (mRNA) in de groeizone aan de basis van het blad. Onze gecombineerde resultaten zullen leiden tot nieuwe kennis van de mechanismen die genetische, moleculaire, cellulaire en physiologische niveaus en hoe deze zijn gekoppeld aan groei op het orgaanniveau. Deze kennis kan dan worden gebruikt om de groei van gewassen te verbeteren in de context van veranderende klimaatcondities.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Beemster Gerrit
• Mandaathouder: Abd Elgawad Hamada

Onderzoeksgroep(en)

• Geïntegreerd Moleculair Plantenfysiologisch Onderzoek (IMPRES)

Project type(s)

• Onderzoeksproject