Novi proteini gliv kot biopesticidi za zatiranje invazivnih tujerodnih kmetijskih škodljivcev
Oznaka in naziv projekta
J4-2543 Novi proteini gliv kot biopesticidi za zatiranje invazivnih tujerodnih kmetijskih škodljivcev
J4-2543 Novel Fungal Proteins as Biopesticides for Control of Challenging Invasive Alien Agricultural Pests
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Jerica Sabotič
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
V triletnem projektu smo identificirali in okarakterizirali nove okolju prijazne entomotoksične proteine kot potencialne biopesticide za boj proti pomembnim invazivnim tujerodnim kmetijskim škodljivcem, kot so koruzni hrošč, koloradski, plodova vinska mušica in marmorirana smrdljivka. Proteini so pridobljeni iz višjih gliv (gob), ki vsebujejo veliko različnih edinstvenih proteinov, od katerih so mnogi še neznani, nekateri pa ponujajo nove obetavne pristope k zatiranju škodljivcev tudi v zaostrenih podnebnih pogojih. Cilj projekta je pridobiti vpogled v načine delovanja novih entomotoksičnih proteinov in hkrati možne stranske učinke na netarčne organizme, kot so opraševalci in biotični agensi. Končni cilj je osnovati postopke za razvoj novih podnebju prijaznih biopesticidov, kot alternativo insekticidom v okviru integriranega varstva rastlin. V projektu sodelujejo izkušeni in mladi nadarjeni raziskovalci z Inštituta Jožef Stefan, Oddelka za varstvo rastlin in Oddelka za živinorejo Kmetijskega inštituta Slovenije in Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani iz Slovenije ter Inštituta za varstvo rastlin Univerze MATE na Madžarskem. Znanje, ki ga sodelujoči prinašajo v projekt se med seboj dopolnjuje. To bo okrepilo čezmejne raziskave, medinstitucionalno sodelovanje in znanstveno odličnost Slovenije in Madžarske. Pričakovani rezultati predstavljajo tudi pomemben prispevek k usklajenemu regionalnemu prizadevanju za boj proti globalnim invazivnim kmetijskim škodljivcem na bolj trajnosten način glede na novi zeleni sporazum Evrope.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza: Priprava bioloških in digitalnih orodij Razvili smo platformo za proizvodnjo rekombinantnih proteinov in pripravili 26 lektinov in inhibitorjev peptidaz iz gob v zadostnih količinah za biološke teste. Za lažjo analizo in primerjavo podatkov toksikoloških testov smo razvili orodje za vizualizacijo podatkov s paketom Shiny R: FunContrAPest.
2. Faza: Preučevanje toksičnosti in drugih učinkov novih proteinov za zatiranje koruznega hrošča, plodove vinske mušice in marmorirane smrdljivke Preverili smo entomotoksičnost 26 glivnih proteinov proti ključnim invazivnim škodljivcem, kot je koruzni hrošč (Diabrotica v. virgifera), koloradski hrošč (Leptinotarsa decemlineata), plodova mušica (Drosophila suzukii) in rjava marmorirana smrdljivka (Halyomorpha halys). Biološki testi so pokazali, da je en lektin toksičen za ličinke koloradskega hrošča in dva lektina iz gliv sta na podlagi različnih mehanizmov preprečila razvoj ličink mušic D. suzukii, medtem ko na koruznega hrošča in marmorirano smrdljivko noben od testiranih glivnih proteinov ni pokazal učinkov.
3. Faza: Preučevanje učinkov izbranih toksičnih proteinov na netarčne organizme in pojasnitev načina delovanja za izbrane pare škodljivec-protein Ključen del projekta je bila zasnova celovitega pristopa, kjer smo obravnavali tveganja oziroma sinergije glivnih proteinov za netarčne organizme že v prvih fazah razvoja, vključno z opraševalci (Apis mellifera) in biotičnimi agensi (entomopatogene ogorčice) ter analizo mehanizma delovanja izbranih kandidatnih biopesticidov. Potrdili smo, da kandidatna biopesticidna sredstva niso vplivala niti na opraševalce Apis mellifera niti na entomopatogene ogorčice Heterorhabditis bacteriophora in Steinernema longicaudum. Pokazali smo mehanizem delovanja za lektin toksičen za ličinke koloradskega hrošča in različne mehanizme odpornosti, ki preprečijo negaitvne učinke glivnih lektinov in inhibitorjev proteaz pri koruznem hrošču.
4. Faza: Postavitev osnove za prihodnji razvoj biopesticidnih izdelkov Poglobljeno znanje o novih kandidatih za biopesticide bo omogočilo informirano oblikovanje prihodnjih razvojnih strategij glede na ciljni organizem in kmetijske rastline ter možne načine aplikacije ob upoštevanju ustaljenih kmetijskih praks. S projektom smo postavili metodološke in znanstvene osnove za razvoj novih biopesticidov proteinskega tipa in predlagali nove možnosti za naslavljanje izzivov, s katerimi se spopada konvencionalni pristop zatiranja kmetijsko škodljivih žuželk z vidika odpornosti proti insekticidom ter tveganj za okolje in zdravje ljudi.
Bibliografske reference
Izvirni znanstveni članek
TOEPFER, Stefan, TOTH, Szabolcs, ZUPAN, Tanja, BOGATAJ, Urban, ŽNIDARŠIČ, Nada, LADÁNYI, Márta, SABOTIČ, Jerica. Diabrotica v. virgifera seems not affected by entomotoxic protease inhibitors from higher fungi. Insects. Jan. 2024, vol. 15, iss. 1, str. 1-25, ilustr. ISSN 2075-4450. DOI: 10.3390/insects15010060. [COBISS.SI-ID 181476355]
PLETT, Jonathan M., SABOTIČ, Jerica, VOGT, Eva, SNIJDERS, Fridtjof, KOHLER, Annegret, NIELSEN, Uffe N., KÜNZLER, Markus, MARTIN, Francis M., VENEAULT-FOURREY, Claire. Mycorrhiza-induced mycocypins of Laccaria bicolor are potent protease inhibitors with nematotoxic and collembola antifeedant activity. Environmental microbiology. Oct. 2022, vol. 24, iss. 10, str. 4607-4622. DOI: 10.1111/1462-2920.16115. [COBISS.SI-ID 115768067]
RENKO, Miha, ZUPAN, Tanja, PLAZA, David F., SCHMIEDER, Stefanie S., PERIŠIĆ, Milica, KOS, Janko, TURK, Dušan, KÜNZLER, Markus, SABOTIČ, Jerica. Cocaprins, β-trefoil fold inhibitors of cysteine and aspartic proteases from Coprinopsis cinerea. International journal of molecular sciences. 2022, vol. 23, iss. 9, str. 4916-1-4916-15, ilustr. ISSN 1661-6596. DOI: 10.3390/ijms23094916. [COBISS.SI-ID 106176771]
Toth, Sz., Szalai, M., Toepfer, S. (2022) On understanding and manipulating the hatching patterns of Diabrotica v. virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae) eggs to improve the design of experiments. Entomologia Experimentalis et Applicata. 170 (2) 122-133. https://doi.org/10.1111/eea.13127
Toth, Sz, Toepfer, S., Szalai, M., Kiss J. (2022) Limited influence of abiotic and biotic factors on the efficacy of soil insecticides and entomopathogenic nematodes when managing the maize pest Diabrotica v. virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae). MDPI Agronomy. 12, 2697. https://doi.org/10.3390/agronomy12112697
Pregledni znanstveni članek
SABOTIČ, Jerica, BAYRAM, Engin, JANEŽ, Nikolaja, VASQUEZ, Marlen I., et al. A guide to the use of bioassays in exploration of natural resources. Biotechnology advances. 2024 Mar-Apr;71:108307. doi: 10.1016/j.biotechadv.2024.108307. Epub 2024 Jan 5. [COBISS.SI-ID 180088579]
Tarigan S I, Tóth Sz, Szalai M, Kiss J, Turóczi G, Toepfer S (2022) Biological control properties of microbial plant biostimulants. A review, Biocontrol Science and Technology, https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09583157.2022.2129589
Strokovni članek
SABOTIČ, Jerica. Imajo gobe imunski sistem? Molekularni mehanizmi obrambe pri glivah. Proteus : ilustriran časopis za poljudno prirodoznanstvo. [Tiskana izd.]. mar. 2020, letn. 82, [št.] 7, str. 291, 302-309, ilustr. ISSN 0033-1805. Digitalna knjižnica Slovenije - dLib.si. [COBISS.SI-ID 24507139]
Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci (vabljeno predavanje)
MODIC, Špela, NEKREP, Igor, KARNIČAR, Katarina, SABOTIČ, Jerica, RAZINGER, Jaka. Entomotoxic lectins screened on Halyomorpha halys [Stål] in artificial diet-based bioassays. V: SABOTIČ, Jerica (ur.). Alternative Strategies of Plant Protection Against Invasive Insect Pests : mini symposium : book of abstracts : 28 September 2022, Jožef Stefan International Postgraduate School Lecture Room, Jamova 39, Ljubljana. Online ed. Ljubljana: Department of Biotechnology, Jožef Stefan Institute, 2022. Str. 13, ilustr. ISBN 978-961-264-231-0. [COBISS.SI-ID 125387523]
ŽNIDARŠIČ, Nada, BOGATAJ, Urban, MRAK, Polona, ŽIGON, Primož, RAZINGER, Jaka, SABOTIČ, Jerica. Insect midgut – functional ultrastructure from the perspective of new crop protection strategies. V: SABOTIČ, Jerica (ur.). Alternative Strategies of Plant Protection Against Invasive Insect Pests : mini symposium : book of abstracts : 28 September 2022, Jožef Stefan International Postgraduate School Lecture Room, Jamova 39, Ljubljana. Online ed. Ljubljana: Department of Biotechnology, Jožef Stefan Institute, 2022. Str. 17. ISBN 978-961-264-231-0. [COBISS.SI-ID 126096387]
RAZINGER, Jaka, MODIC, Špela, NEKREP, Igor, ŠENTJURC, Tjaša, SABOTIČ, Jerica. Testing toxicity and other effects of novel proteins against Drosophila suzukii. V: SABOTIČ, Jerica (ur.). Alternative Strategies of Plant Protection Against Invasive Insect Pests : mini symposium : book of abstracts : 28 September 2022, Jožef Stefan International Postgraduate School Lecture Room, Jamova 39, Ljubljana. Online ed. Ljubljana: Department of Biotechnology, Jožef Stefan Institute, 2022. Str. 14-15, ilustr. ISBN 978-961-264-231-0. [COBISS.SI-ID 124816387]
SABOTIČ, Jerica, KOS, Janko. The plasticity of the beta-trefoil-type lectins from higher fungi : presented at Symposia on 45th FEBS Congress, Molecules of Life: Towards New Horizons, Ljubljana, Slovenia, July 3-8, 2021. FEBS open bio. 2021, vol. 11, suppl. s1, str. 64. ISSN 2211-5463. DOI: 10.1002/2211-5463.13206. [COBISS.SI-ID 70199043]
Objavljeni povzetek znanstvenega prispevka na konferenci
SMODIŠ ŠKERL, Maja Ivana, TUMPEJ, Tadeja, KARNIČAR, Katarina, TURK, Dušan, PREŠERN, Janez, TLAK GAJGER, Ivana, SABOTIČ, Jerica. Do novel biopesticides affect honey bees Apis mellifera carnica?. V: Apimondia : 48th International Apicultural Congress, Chile, September 4th - 8th, 2023 : Sustainable beekeeping, from the south of the world : abstract book. [s. l.: Apimondia, 2023]. Str. 244. [COBISS.SI-ID 164520451]
Toth Sz, Toepfer, Sz, Razinger, J, Primoz Z, Modic, Sp, Ladanyi M, Sabotic J. (2023) Higher fungi lectins proteins against the maize pest Diabrotica v. virgifera. (Magasabb rendu gombakbol szarmazo lektinek a kukorica rovarkartevo, Diabortica v. virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae) ellen. 69th Hungarian Plant Protection Days. 69. Novenyvedelmi tudomanyos napok. Budapest, Hungary, 21 February 2023, p. 56 (Oral presentation) p. 26.
Tarigan S.I., Toth, Sz., Szalai, M:, Turoczi, G., Toepfer, S. (2023) Microbial biostimulants registered for maize with potential side-effects on its insect pests. 28th International Working Group of Ostrinia and other maize pests (IOBC / IWGO) Conference, Nairobi, Kenya, 2 to 4 May 2023 (Oral presentation)
MODIC, Špela, ŽIGON, Primož, PRAPROTNIK, Eva, KARNIČAR, Katarina, SABOTIČ, Jerica, RAZINGER, Jaka. Preprečevanje vpliva entomotoksičnih lektinov na marmorirano smrdljivko (Halyomorpha halys) s prehranskimi testi = Test of entomotoxic lectins on brown marmorated stink bug (Halyomorpha halys) in diet bioassays. V: TRDAN, Stanislav (ur.). 15. slovensko posvetovanje o varstvu rastlin z mednarodno udeležbo = 15th Slovenian Conference on Plant Protection with International Participation : izvlečki referatov = abstract volume : 1.-2. marec 2022, Portorož, Slovenija. Ljubljana: Društvo za varstvo rastlin Slovenije: = Plant Protection Society of Slovenia, 2022. Str. 117-119. ISBN 978-961-93447-8-1. [COBISS.SI-ID 99694595]
ŽNIDARŠIČ, Nada, BOGATAJ, Urban, MRAK, Polona, ŽIGON, Primož, RAZINGER, Jaka, SABOTIČ, Jerica. Insect midgut epithelium architecture – focus on gut stem cells in larvae and adults. V: KRZYŽÁNEK, Vladislav (ur.). 16th Multinational Congress on Microscopy,16MCM, 04-09, September 2022, Brno Czech Republic : book of abstracts. 13th Multinational Congress on Microscopy, September 24-29, 2017, Rovinj, Croatia. Brno: Czechoslovak Microscopy Society, 2022. Str. 259-260, ilustr. ISBN 978-80-11-02253-2. [COBISS.SI-ID 121729027]
TUMPEJ, Tadeja, KARNIČAR, Katarina, TALER-VERČIČ, Ajda, TURK, Dušan, SABOTIČ, Jerica. A platform for high throughput production and purification of recombinant fungal lectins. V: 17th High-Grade Serous Ovarian Cancer, CFGBC 2022 Symposium : hybrid Symposium Slovenia, 6th June 2022 : book of abstracts : electronic version. Str. 48. [COBISS.SI-ID 112011267]
BOGATAJ, Urban, MRAK, Polona, ŽIGON, Primož, RAZINGER, Jaka, SABOTIČ, Jerica, ŽNIDARŠIČ, Nada. Matične celice v epitelu srednjega črevesa žuželk. V: BELEC, Blaž (ur.), et al. 4. slovensko posvetovanje mikroskopistov : knjiga povzetkov : 12.-13. maj, Ankaran. 1. izd. Ljubljana: Slovensko društvo za mikroskopijo, 2022. Str. 54, ilustr. ISBN 978-961-94264-2-5. [COBISS.SI-ID 108448003]
ZUPAN, Tanja, RENKO, Metka, KÜNZLER, Markus, KOS, Janko, TURK, Dušan, SABOTIČ, Jerica. A new family of cysteine and aspartic peptidase inhibitors with beta-trefoil fold from fungi. V: KOZAK, Andreja (ur.), et al. Proteolysis at the interface between health and disease : FEBS ICGEB 2022 Advanced Course : 18-21 September, Bled, Slovenia : book of abstracts. Ljubljana: Jožef Stefan Institute, 2022. Str. 18. ISBN 978-961-264-229-7. [COBISS.SI-ID 127331587]
Toepfer S, Fallet P, Turlings TCJ, Kajuga J, Toth Sz (2022) Biological control solutions against invasive insect pests. Mini-Symposium: Alternative strategies of plant protection against invasive insect pests. Proceedings Symposium: Alternative strategies of plant protection against invasive insect pests, 28 September 2022. Publisher CIP – Kataložni zapis o publikaciji, Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana, Slovenia, COBISS.SI-ID 123364867
Toth, Sz, Toepfer, S., Szalai, M., Kiss J. (2022) Challenges in controlling the maize pest Diabrotica v. virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae) under field conditions. Proceedings Symposium: Alternative strategies of plant protection against invasive insect pests, 28 September 2022. Publisher CIP – Kataložni zapis o publikaciji, Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana, Slovenia, COBISS.SI-ID 123364867
Tagiran SI, Toth Sz, Szalai M, Turoczi G, Toepfer S (2022) Can microbial plant biostimulants be useful for soil insect pest control? A review 18th meeting of the IOBC/WPRS Working Group Microbial and Nematode Control of Invertebrate Pests: Microbial Control Agents in the Age of Global Change, June 19-22, 2022 (oral presentation). Agents in the Age of Global Change, Ceske Budejovice, Czech Republic, June 19-22, 2022. (poster)
Tarigan SI, Szalai M, Toth Sz, Toepfer S (2022) What role play microbial plant biostimulants in plant protection ? (Milyen szerepet jatzanak a mikrobialis novenyi biostimulatorok a novenyvedelemben) ?. 68th Hungarian Plant Protection Days. 68. NÖVÉNYVÉDELMI TUDOMÁNYOS NAPOK. Budapest, Hungary, 22 February 2022, Magyar Növényvédelmi p. 55 (Poster)
Toepfer S, Toth Sz, Ladanyi M, Sabotic J. (2022) Fungal proteins against the maize pest Diabrotica v. virgifera. (Magasabb rendu Gombak feherjei a kukorica rovarkartevo, Diabrotica v. virgifera ellen) . 68th Hungarian Plant Protection Days. 68. NÖVÉNYVÉDELMI TUDOMÁNYOS NAPOK. Budapest, Hungary, 22 February 2022, p. 56 (Poster)
MIHELIČ, Blaž, MEGLEN, Lea, SABOTIČ, Jerica. Effect of temperature on heterologous expression of lectin CnSLB in minimal growth medium : 45th FEBS Congress, Molecules of Life: Towards New Horizons, Ljubljana, Slovenia, July 3-8, 2021. FEBS open bio. 2021, vol. 11, issue s1, str. 149. ISSN 2211-5463. DOI: 10.1002/2211-5463.13205. [COBISS.SI-ID 70170371]
MEGLEN, Lara, MIHELIČ, Blaž, KOS, Janko, SABOTIČ, Jerica. Heterologous expression of fungal lectins in bacterial expression system : 45th FEBS Congress, Molecules of Life: Towards New Horizons, Ljubljana, Slovenia, July 3-8, 2021. FEBS open bio. 2021, vol. 11, issue s1, str. 150. ISSN 2211-5463. DOI: 10.1002/2211-5463.13205. [COBISS.SI-ID 95506691]
SABOTIČ, Jerica, KOS, Janko. Structural and functional glycobiology : presented at virtual event 20th FEBS Young Scientists' Forum, 15-18 June 2021 : programme and abstract book. FEBS open bio. 2021, vol. 11, suppl. s1, str. 151. ISSN 2211-5463. [COBISS.SI-ID 95572995]
Toepfer S, Toth Sz, Szalai M, Sabotic (2021) Proteins from higher fungi as potential biopesticides for the control of Diabrotica v. virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae) Magasabb rendű gombákból származó fehérjék, mint potenciális biopeszticidek a kártevők ellen: a Diabrotica v. virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae) példája) 67th Hungarian Plant Protection Days. 67. NÖVÉNYVÉDELMI TUDOMÁNYOS NAPOK. Budapest, Hungary, 2021 (abstract) p. 57.
Dogodek
KLANČNIK, Anja (diskutant), STERNIŠA, Meta (diskutant), SABOTIČ, Jerica (diskutant), PERŠ, Janez (diskutant), GOBEC, Stanislav (diskutant), LORBEK, Luka (diskutant), DACINGER, Renata (drugo). Kako se znanost prilagaja in odziva na družbene potrebe in izzive? : pogovor v okviru cikla pogovorov z alumni za alumne "Alumniteka" v organizaciji Kluba alumnov Univerze v Ljubljani, Ljubljana, Fakulteta za strojništvo, 6. 9. 2023. Alumniteka. [COBISS.SI-ID 164641027]
SABOTIČ, Jerica (urednik). Alternative Strategies of Plant Protection Against Invasive Insect Pests : mini symposium : book of abstracts : 28 September 2022, Jožef Stefan International Postgraduate School Lecture Room, Jamova 39, Ljubljana. Online ed. Ljubljana: Department of Biotechnology, Jožef Stefan Institute, 2022. [COBISS.SI-ID 123364867]