Aktivnosti
Glavne aktivnosti Znanstvenog centra izvrsnosti za bioraznolikost i molekularno oplemenjivanje bilja su sljedeće:
(1) Očuvanje biljnih genetskih izvora
U posljednjih je pet desetljeća uloženo znatno truda u očuvanju biljnih genetskih izvora u Hrvatskoj. Nacionalni program očuvanja i održive uporabe biljnih genetskih izvora za hranu i poljoprivredu obuhvaća brojne aktivnosti kao što su prikupljanje kao i opis, održavanje i regeneracija primki. No, zbog ograničenog proračuna i brojnosti kolekcija, financijska sredstva su nedostatna za procjenu vrijednosti primki na agronomskoj, biokemijskoj i genetskoj razini. Stoga je i upotreba prikupljenih biljnih genetskih izvora u oplemenjivačkim programima ograničena. Namjera Znanstvenog centra izvrnosti jest uspostava čvstih veza između kolekcija biljnih genetskih izvora, znanstvenih-istraživačkih projekata i oplemenjivačkih programa.
Glavni su ciljevi sljedeći:
1. Detaljan opis i procjena biljnih genetskih izvora, te
2. Povećanje dobiti koja proizlazi iz upotrebe biljnih genetskih izvora za hranu i poljoprivredu.
Fenotipizacija biljaka predstavlja jedno od najvažnijih uskih grla u području biljnih znanosti i oplemenjivanja bilja, a daljnji napredak zahtijeva interdisciplinarni pristup i integraciju aktivnosti iz područja kao što su fiziologija bilja, senzorika i bionformatika. Postignuti napredak u visoko-propusnoj i visoko-definifirajućoj genotipizaciji biljaka omogućili su dobivanje genomskih informacija u vrlo kratkom roku i po razumnim troškovima što je u konačnici omogućio razvitak i analizu velikog broja kartirajućih populacija i inbred linija za fenotipizaciju. Međutim, razumijevanje veze između genotipa i fenotipa napreduje vrlo sporo jer ograničenja koja postoje u fenotipizaciji biljaka umanjuju naše mogućnosti u raščlanjivanju nasljednosti i genetske arhitekture kvantitativnih svojstava. Poznato je da heterogenost u polju i nemogućnost kontrole klimatskih čimbenika otežavaju integraretaciju dobivenih informacija. S druge strane, informacije dobivene u kontroliranim uvjetima teško su usporedive s onima u polju jer se uvjeti ovakvog uzgoja i rasta biljaka uvelike razlikuju od onih u polju. No, bez učinkovitih platformi i metoda za brzu, visoko-propusnu, jednostavnu i jeftinu fenotipizaciju nije moguće ni bolje biološko razumijevanje veze između genotipa i fenotipa, a niti daljnje povećanje stope genetske dobiti u oplemenjivanju bilja.
Za očekivati je da će budući pomaci u fenotipizaciji biti usmjereni na povećanje njihove preciznosti i piramidalizaciju informacija sa svih razina (različita svojstva mjerena u različitom vremenu i varijabilnom prostoru, okolinske i genomske informacije). Pored korištenja različitih uređaja za fenotipizaciju različitih svojstava od interesa i eksperimentalnih planova s ciljem kontrole heterogenosti u polju nužna je odgovarajuća integracija različitih tipova podataka i njihova jednostavna, brza i robustna statistička analiza.
Glavni su ciljevi sljedeći:
1. Identificirati i analizirati ključna svojstva biljnih vrsta pomoću poljskih pokusa i laboratorijskih analiza,
2. Optimizirati protokole fenotipskih analiza, te uvesti dobru laboratorijske prakse od planiranja pokusa do interpretacije rezultata,
3. Uspostaviti vezu s ključnim ustanovama u EU koje posjeduju infrastrukturu za visoko-propusne fenotipske platforme, te
4. Usporediti rezultate iz pokusa u kontroliranim okolinama s visoko propusnih fenotipskih platformi s onim iz poljskih pokusa s ciljem procjene učinaka genotipa (G), okoline (E) i njihove interakcije (GxE).
Tehnike genotipizacije su drastično uznapredovale posljednjeg, iako i dalje postoje razlike u razvoju postupaka genotipizacije među pojedinim biljnim vrstama. Genotipizacija visoke propusnosti je revolucionalizirala istraživanja na području genetike analizom genoma visoke rezolucije pri čemu je došlo do promjena sustava biljega, od mikrosatelitnih (SSR) prema sustavima DArT i SNP. Mikrosatelitnih biljezi su korišteni uglavnom u procjenama raznolikosti i genetske strukture populacija kod većeg broja biljnih vrsta. Tradicionalna metoda razvoja mikrosatelitnih biljega zahtijeva znatna financijska sredstava, no oni se i dalje koriste u većini laboratorija diljem svijeta. Laboratoriji za genotipizaciju u Hrvatskoj također koriste uglavnom mikrosatelitnine biljege kao tehnički nezahtjevni sustav biljega. Hrvatski laboratoriji nisu međusobno povezani i ne postoji kontinuirana suradnja među njima pri čemu nisu poznati njihove snage, slabosti, prilike i prijetnje.
Za razliku od drugih sustava biljega (uključujući mikrosatelitne biljege), biljezi SNP su manje radno i vremenski intenzivni pri čemu manji troškovi dopuštaju izvođenje genotipizaciju visoke propusnosti. Biljezi SNP su dvoalelni, sadržavaju manje genetskih informacija od višealelnih mikrosatelitnih biljega, no pojavljuju se u puno većoj gustoći u genomu i imaju značajno nižu stopu pogreške pri genotipizaciji. U posljednje vrijeme, biljezi SNP se koriste za konstrukciju čipova za genotipizaciju koji sadržavaju tisuće ili nekoliko desetaka tisuća biljega raspoređenih po cijelom genomu za analizu velikog broja uzoraka. Čipovi SNP omogućuju analizu povezanosti između biljega i fenotipa pedstavljajući moćni alat za razlučivanje složenih svojstava pomoću analize povezanosti na sveukupnom genomu (genome-wide association study; GWAS), analize lokusa za kvantitativnih svojstava (quantitatative trait loci; QTL) kao i precizno kartiranje gena koje se koriste u oplemenjivanju bilja za identifikaciju biljnih genetskih izvora kao i odabir pomoću biljega (marker-assisted selection; MAS). Iako je genotipizacija upotrebom čipova postala referentna metoda, novija metoda genotipizacije sekvenciranjem (genotyping by sequencing; GBS) omogućuje još veću propusnost, a sekvenciranje kratkih sljedova osigurava genotipizaciju sa smanjenim troškovima i znatno većom količinom genotipskih informacija. Posljednjih se godina pojavilo više platformi za genotipizaciju poljoprivrednih biljnih vrsta koje su razvijene u EU i SAD na osnovi tehnologije upotrebom čipova ili genotipizacije sekvenciranjem nudeći pouzdana rješenja za genotipizaciju visoke propusnosti za analizu bioraznolikosti i za molekularno oplemenjivanje bilja.
Glavni su ciljevi sljedeći:
1. Optimizirati protokole genotipizacije uvođenjem zajedničkih standardnih laboratorijskih i analitičkih postupaka,
2. Povezati se s najvažnijim laboratorijima za genotipizaciju u EU koji osmišljavaju i razvijaju najnaprednije platforme za genotipizaciju, te
3. Procijeniti, usporediti i izabrati nove platforme za genotipizaciju koje će u konačnici biti rutinski korištene na svim biljnim vrstama ovisno o ciljevima istraživanja.
U prošlosti je uobičajena strategija za rješavanje problema obrade velikih količina podataka bila nabava snažnih poslužitelja visokih računalnih performansi. Kako zbog ubrzanog razvoja tehnologije i natprosječno snažna računala sve brže zastarjevaju, ovaj se pristup napušta u korist razvoja računalnih klastera. Naime, povezivanjem velikog broja računala, čak i ukoliko se radi o komercijalno dobavljivim računalima sasvim prosječnih sposobnosti, moguće je izgraditi klaster čije performanse znatno nadilaze mogućnosti jedinstvenog višeprocesorskog računala. Kontinuirani ubrzani razvoj tehnologije u molekularnoj genetici uzrok je čestih promjena pristupa istraživanjima u području biotehničkih znanosti. Između ostalog, razvojem novih tehnologija ubrzava se i generiranje podataka, te tako postavljaju izazovi u smislu kontrole kvalitete i analize skupova koji sadrže velike količine podataka. Ispunjavanje ovih, stalno rastućih potreba, zahtjeva primjenu robusnih i učinkovitih statističkih alata, koji se odlikuju malim utroškom procesorskog vremena. Uslijed rasta količina analiziranih podataka i primjene sve složenijih metoda statističke analize, tijekom rada na ranijim projektima smo morali pokretate neke zahtjevnije računalne aplikacije isprva na „statističkom“ serveru Sveučilišta u Zagrebu Agronomskog fakulteta, a odnedavna na računalnom klasteru „Isabella“, smještenom u Sveučilišnom računskom centru (SRCE). U svrhu ostvarivanja uspješne suradnje između pet odvojenih ustanova, dislocirani resursi povezat će se uspostavom zajedničkog repozitorija za pohranu podataka i razmjenu informacija. Za daljnje poboljšanja komunikacije i razmjene informacija, potrebno je razviti sučelje prilagođeno korisnicima za lakši pristup podatcima i rezultatima analiza. Glavna platforma za obradu podataka bit će klaster „Isabella“, čija dostupnost i kontinuirana nadogradnja u potpunosti pokrivaju potrebe projekta.
Glavni su ciljevi sljedeći:
1. Uspostavljanje „oblaka“ za pohranu kao zajedničkog repozitorija za prikupljanje podataka i razmjenu informacija između pet institucija uključenih u projekt,
2. Preseljenje procesa upravljanja podatcima i analize podataka s osobnih računala i poslužitelja na računalne klastere, kao odgovor na rastuće zahtjeve za računalnom resursima pri obradi velikih količina podataka, te
3. Primjena novih pristupa u statističkoj analizi podataka.
Cilj ove radne skupine je predstaviti aktivnosti ZCI znanstvenoj zajednici te ostalim zainteresiranim skupinama. Kako bi se planirane aktivnosti predstavile javnosti koristiti će se različiti kanali komunikacijske. Partneri koji sudjeluju u ZCI predstavljaju multidisciplinarnu skupinu koja uključuju sveučilišta i javne znanstvene institute stoga je važno osigurati međusobnu komunikaciju partnera te razmjenu informacija. To će se postići organiziranjem godišnjih sastanaka s ciljem predstavljanja rezultata te rasprave o postizanju zadanih ciljeva.
Ciljne skupine s kojima planiramo komunikaciju su: CS1 Akademska zajednica (znanstvenici, studenti), CS2 Obiteljska gospodarstva te poduzetnici u sektoru poljoprivrede, te CS3 Javnost.
Glavni su ciljevi sljedeći:
1. Koordinirati inicijative i aktivnosti između Radnih skupina u svrhu optimalne upotrebe postojeći istraživačkih kapaciteta izbjagavanja nepotrebnih troškova,
2. Omogućiti razmjenu ideja, informacija i saznanja između suradnika,
3. Analizirati snage, slabosti, prilike i prijetnje (SWOT) postojećih kapaciteta za fenotipizaciju i genotipizaciju.