General Conference abstract: 5th National Scientific Conference "Perspectives on the use of plants in science and industry" . Online. November 25 2023

Jarosław Tyburski, Natalia Mucha, Ellen De Keyser, Tom Eeckhaut, Emmy Dhooghe

Oral presentation

The soilborne pathogen, Rhizobium rizogenes, provokes abundant adventitious root formation in an infected plant. These roots, called the “hairy roots”, originate due to the expression of the Ri plasmid harbored T-DNA genes transferred to the plant cell genome at the infection site. The hairy roots may be isolated from the mother plant, grown independently and finally regenerate shoots, if subjected to proper tissue culture manipulation. Rooting the regenerated shoots issues the so called “Ri plants” endowed with the Ri T-DNA genes. The expression of the bacterial genes severely affects the plant phenotype providing plants with more compact aboveground part, more expanded root system and altered leaf morphology.

The prospect of developing a new plant breeding technology using R. rhizogenes is assessed within the scope of the collaborative RootsPlus project, involving research institutions and breeding companies from Belgium, Germany, Romania and Poland. Since the wild type R. rhizogenes strains are used for explant transformation and the resulting plants are classified as natural transformants, in many countries, the regulations for GMOs (genetically modified organisms) do not apply for the Ri plants. This provides an opportunity to obtain commercial varieties or cultivars with several beneficial traits such as the increased tolerance to abiotic stress-triggering factors.

Here, we will present the results obtained from the series of experiments aimed on comparing the performance of the Ri plants with the corresponding wild-type (WT) plants in selected chrysanthemum (Chrysanthemum sp.) genotypes, cultured under standard greenhouse conditions or challenged with water shortage. Several physiological parameters were assessed to detect drought stress effects on tested plants, such as photosynthetic parameters, leaf relative water content (RWC), leaf water potential, electrolyte leakage and others.

The project ‘RootsPlus’ is carried out under the second call of the ERA-NET Cofund SusCrop, being part of the Joint Programming Initiative on Agriculture, Food Security and Climate Change (FACCE-JPI). SusCrop has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme. More information on the project partners can be found on www.rootsplus.eu.

Glebowy patogen bakteryjny, Agrobacterium rizogenes wywołuje wytwarzanie licznych korzeni przybyszowych przez tkankę zainfekowanej rośliny. Korzenie te, zwane „korzeniami włośnikowatymi”, powstają w wyniku ekspresji przeniesionych do genomu komórki roślinnej genów obecnych w T-DNA, stanowiącym fragment bakteryjnego plazmidu Ri. Techniki roślinnych kultur in vitro dostarczają narzędzi, które pozwalają na zregenerowanie kompletnych roślin z korzeni włośnikowatych. Wskutek tych zabiegów powstają tzw. „rośliny Ri”, wyposażone w geny T-DNA Ri. Ekspresja genów bakteryjnych istotnie wpływa na fenotyp rośliny, nadając roślinom zwartą budowę części nadziemnej, skróconą długość pędu, rozbudowany system korzeniowy i zmienioną morfologię liści. Istnieją przesłanki iż rośliny Ri mogą okazać się użyteczne ze względu na potencjalnie większą tolerancję deficytu wody, mniejsze zapotrzebowanie na egzogenne regulatory wzrostu i odporność na chorobę replantacji. Celem projektu RootsPlus, w którym biorą udział instytucje badawcze i firmy hodowlane z Belgii, Niemiec, Rumunii i Polski, jest opracowanie nowej techniki hodowli roślin uprawnych z wykorzystaniem agrobakterii ryzogenicznych w celu poprawy wymienionych cech produkcyjnych roślin uprawnych. W ramach niniejszego wystąpienia przedstawimy wyniki uzyskane w toku badań ukierunkowanych na scharakteryzowanie zdolności roślin Ri złocienia (Chrysanthemum sp.) do tolerowania stresu suszy. Reakcję roślin na deficyt wody analizowano na podstawie szeregu parametrów fizjologicznych, takich jak aktywność fotosyntetyczna, wymiana gazowa, względna zawartość wody w liściach, potencjał wody w liściach czy wyciek elektrolitów. W obrębie układu eksperymentalnego rośliny Ri, reprezentujące kilka genotypów złocienia, zestawiono z odpowiednimi roślinami typu dzikiego (WT). Wpływ suszy badano w zrandomizowanym układzie eksperymentalnym, obejmującym rośliny Ri i rośliny WT uprawiane w standardowych warunkach szklarniowych lub traktowanych deficytem wody. Projekt „RootsPlus” realizowany jest w ramach programu ERA-NET Cofund SusCrop II, który otrzymał finansowanie z programu badań i innowacji Unii Europejskiej Horyzont 2020. Więcej informacji na temat projektu można znaleźć na stronie www.rootsplus.eu.