Povezovanje genotipa in fenotipa za razkrivanje sinteznih poti biološko aktivnih spojin v Helichrysum italicum
natisniPredstavitev projekta
Naslov: Povezovanje genotipa in fenotipa za razkrivanje sinteznih poti biološko aktivnih spojin v Helichrysum italicum
Šifra projekta: N4-0387
Vodilna institucija: UP FAMNIT
Partnerske institucije: /
Vodja projekta na UP FAMNIT: dr. Alenka Baruca Arbeiter
Financer projekta: Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS)
Raziskovalno področje (ARIS): 4.03 - Rastlinska produkcija in predelava
Vrsta projekta: Prilagojeni raziskovalni projekt
Trajanje projekta: 1. 1. 2025–31. 12. 2026
Opis projekta:
Zdravilne rastline so dragocen vir biološko aktivnih spojin, zato so vse bolj priljubljene tudi za gojenje. Z agronomskimi raziskavami je mogoče znatno izboljšati njihovo kakovost, trajnostno rabo in donosnost. Laški smilj ali nesmrtnica(Helichrysum italicum) je ena najznamenitejših in najbolj ikoničnih zdravilnih rastlin sredozemskega območja in predstavlja izjemen rezervoar biološko aktivnih spojin z edinstvenimi biološkimi lastnostmi. H. italicum uspeva na suhih inkamnitih območjih, izpostavljenih soncu, in se razprostira vse od skalnatih obal do visokih gora. Nadzemne dele rastline so že stoletja uporabljali v tradicionalni medicini za zdravljenje prebavnih motenj, kožnih vnetij in bolezni dihal, zaprotimikrobno uporabo in celjenje ran. Eterično olje smilja je zaradi značilnega, žafranu podobnega vonja, danes zelo cenjeno v glamurozni parfumeriji, in zaradi delovanja proti staranju v kozmetični industriji. Pomembno je poudariti, dalastnosti biološko aktivnih spojin H. italicum niso omejene le na parfumsko in kozmetično industrijo, temveč so zelo koristne tudi za zdravje človeka. Področje odkrivanja genov, ki so odgovorni za sintezo biološo aktivnih spojin, jepopolnoma neraziskano, saj so bile dosedanje raziskave osredotočene predvsem na kemijsko sestavo eteričnega olja in njegove farmakološke lastnosti v in vitro pogojih.
Za naravno rastoče vrste jadranskega H. italicum je značilno, da se v neposredni geografski bližini pojavljajo raznoliki kemotipi. Predhodni poskusi križanja so pokazali, da je variabilnost kemotipov dedna. Poleg tega se raznolikostikemotipov še nikoli ni proučilo z genomskim pristopom in prav tako še niso bili identificirani geni, ki so odgovorni za kemijski polimorfizem. Vse dosedanje raziskave so bile osredotočene le na kemijsko sestavo, ne da bi se pozornostnamenilo rastlinski genetiki. Zaključimo lahko, da je pri H. italicum nujno potreben t.i. napredni genetski pristop. Poznavanje genetskega ozadja teh raznolikih kemotipov je prvi korak za razumevanje, kako genomika vpliva naspecializiran sekundarni metabolizem pri H. italicum.
V projektu bomo premostili zapleteno vrzel med geni in kemijskimi lastnostmi eteričnega olja H. italicum. Osrednji namen projekta je odkriti glavne genetske dejavnike, ki usmerjajo sintezo biološko aktivnihspojin v H. italicum, kar predstavlja prvi tovrsten pristop pri proučevanju H. italicum. To bo doseženo z naslednjimi specifičnimi cilji: 1) razviti visokokakovosten genom H. italicum z uporabo visoko zmogljivih tehnologij za sekvenciranjekratkih in dolgih odčitkov); 2) natančno napovedati funkcije genov, ki kodirajo proteine; 3) pridobiti kakovosten referenčni transkriptom; 4) identificirati glavne gene, ki sodelujejo pri biosintezi najbolj obetavnih biološko aktivnih spojin prigenotipih z visoko in nizko vsebnostjo eteričnega olja.
Raziskovalni projekt temeljil na dveh osrednjih delovnih sklopih, in sicer: Prvo popolno zaporedje genoma H. italicum (WP2) in Študija izražanja genov pri H. italicum (WP3). Uvedba »omskih« študij, vključujočgenomiko in transkriptomiko, predstavlja povsem nov raziskovalni pristop pri H. italicum, saj se je doslej proučevalo predvsem kemijske značilnosti sekundarnih metabolitov. Identifikacija kandidatnih genov, ki so odgovorni za raznolikekemotipe pri H. italicum, pa bo omogočila pomembno izhodišče za nadaljnji izbor najobetavnejših genotipov z visokim potencialom uporabe v kozmetiki, farmaciji in medicini.
Oddelek UP FAMNIT, v okviru katerega se izvaja projekt:
Oddelek za aplikativno naravoslovje
Project presentationna vrh
Title: Bridging genotype and phenotype to decipher the synthesis pathways of bioactive compounds in Helichrysum italicum
Project acronym: N4-0387
Leading institution: UP FAMNIT
Partner institutions: /
Principal investigator at UP FAMNIT: dr. Alenka Baruca Arbeiter
Funding organization: Slovenian Research and Innovation Agency (ARIS)
Research field (ARIS): 4.03 - Plant production
Duration: 1. 1. 2025–31. 12. 2026
Description:
Medicinal plants are valuable sources of bioactive compounds, making them desirable for cultivation. Through agronomic research, their quality, sustainability, and profitability can be significantly enhanced. Immortelle or curry plant(Helichrysum italicum) is one of the most remarkable and iconic medicinal plants of the Mediterranean area and represents an outstanding reservoir of bioactive compounds with unique biological properties. H. italicum grows in dryand stony areas, exposed to sun, and is widely distributed from the rocky shores to high mountains. Their aerial parts have been used in traditional medicine for centuries to treat digestive disorders, skin inflammation and respiratorydiseases, for antimicrobial uses and wound healing. Nowadays, immortelle essential oil is highly appreciated in the glamorous perfumery due to its spicy saffron character and in the cosmetics industry for its anti-ageing properties. It isimportant to emphasize that properties of H. italicum are not limited to perfume and cosmetic industry as they can benefit human health as well. Gene discovery in the area of bioactive compound synthesis is completely unexplored asresearch has mainly been focused on chemical characterization of essential oil and in vitro pharmacological activities.
In the wild Adriatic H. italicum species, numerous chemotypes occur in close geographic proximity. Previous crossing experiments have demonstrated that chemotype variation is highly heritable. Moreover, the extremely diversechemotypes have never been studied using a genomic approach, and the genes underlying these chemical polymorphisms have not been identified. Until now, all investigations were focused on chemical composition without attentionon plant genetics. The overall conclusion is that there is an urgent need for a forward genetics approach in H. italicum. Deciphering the genetics of this chemotype variation is a first step toward understanding the impact of genomicson the specialized secondary metabolism of H. italicum.
In the Hi-BRIDGE project, we will bridge the intricate gap between genes and essential oil chemical characteristics of H. italicum. The major objective of the proposed project is to comprehensively discover the main genetic factors thatdirect the synthesis of bioactive compounds in H. italicum which represents the first such approach in the study of H. italicum. This aim will be reached through specific objectives: 1) to produce a high-quality genome assembly of H.italicum genome using high-throughput short and long read sequencing technologies with scaffolding techniques considering; 2) detailed functional prediction of protein-coding genes; 3) to obtain quality reference transcriptome; 4) toidentify major genes involved in biosynthesis of most promising bioactive compounds between essential oil highly productive genotype and low essential oil production genotype.
The ERC perspective research project be implemented in two main work packages (WPs), namely: First complete genome sequence of H. italicum (WP2) and Gene expression study in H. italicum (WP3). The introduction of omicsstudies, including genomics and transcriptomics, represents an entirely new research approach in H. italicum, since chemical characterization of secondary metabolites were mainly studied so far. Identifying candidate genes underlyingchemotype variation in H. italicum will provide the opportunity to select the most relevant genotypes with high performance use in the field of cosmetics, pharmacy and medicine.
Department:
Department of Applied Natural Sciences
