Metagenomy glebowe wskaźnikiem degradacji bioróżnorodności mikroorganizmów w glebach użytkowanych rolniczo na Lubelszczyźnie

 

Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2013/09/D/NZ9/02482.

 

POZYSKANE ŚRODKI: 426 200,00 PLN

CZAS TRWANIA: 21.03.2014 - 20.03.2016

 

Projekt realizowany jest we współpracy partnerskiej z następującymi Instytucjami Badawczymi:

  • Szkołą Główną Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydziałem Rolnictwa i Biologii, Samodzielnym Zakładem Biologii Mikroorganizmów, ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa, tel. 22 593 26 34.
  • Instytutem Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie, Zakładem Biochemii Drobnoustrojów, ul. Pawińskiego 5a, 02-106 Warszawa, tel. 22 592 13 07.

 

KIEROWNIK PROJEKTU: dr Agnieszka Maria Wolińska - Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II, Instytut Biotechnologii, Katedra Biochemii i Chemii Środowiska, ul. Konstantynów 1 I, 20-718 Lublin, e-mail: awolin@kul.pl, tel. 81 45 45 46

 

  w projekcie zajmuje się:

  • koordynacją prac nad realizacją projektu – czyli dyskretnie kontroluje czy wykonawcy pracują zgodnie z harmonogramem pracy
  • pracami laboratoryjnymi z zakresu charakterystyki fizyko-chemicznej gleb (pH, Eh, EC, TC, gęstość nasypowa, aktywność amonifikacyjna, nitryfikacyjna, i dehydrogenazowa),
  • uczestniczy w analizach molekularnych w IBB w Warszawie i dużo się przy tym uczy od najlepszych specjalistów w Polsce z zakresu biologii molekularnej,
  • pisze raporty, publikacje oraz prezentuje najciekawsze wyniki badań na konferencjach naukowych.

WYKONAWCY PROJEKTU z KUL:

 

dr Anna Szafranek-Nakonieczna - o chromatografii gazowej wie wszystko!

  w projekcie zajmuje się analizami:

  • chromatograficznymi – wyznacza w ten sposób biomasę mikroorganizmów glebowych oraz ich aktywność respiracyjną,
  • spektrofotometrycznymi – w zakresie aktywności amonifikacyjnej gleb

 

dr Artur Marek-Banach - formy biogenne azotu i fosforu nie mają dla Niego tajemnic!!!

  w projekcie odpowiada za analizy z zakresu

  wyznaczenia:

  • zawartości biodostępnych form azotu i fosforu,
  • poziomu węgla łatwodegradowalnego,
  • aktywności nitryfikacyjnej gleb rolniczych i kontrolnych,
  • korelacji pomiędzy parametrami środowiskowymi a bioróżnorodnością mikroorganizmów (czyli statystyczna obróbka danych uzyskanych w projekcie).

 

dr Agnieszka Kuźniar - techniki molekularne to coś co lubi najbardziej! poradzi sobie z najbardziej "opornym" materiałem badawczym

  w projekcie zajmuje się analizami:

  • izolacją DNA z materiału glebowego (w ścisłej współpracy z IBB w Warszawie),
  • reakcjami PCR na wyizolowanej matrycy (też ścisła współpraca z IBB w Warszawie),
  • opracowywaniem graficznym uzyskanych w analizach molekularnych danych i ich interpretacją.

 

mgr inż. Andrzej Górski - nasza "złota rączka" do wszelkich problemów technicznych!

  w projekcie zaangażowany jest do:

  • pobierania materiału glebowego z terenów rolniczych i kontrolnych na obszarze Lubelszczyzny,
  • laboratoryjnego podziału i przygotowania materiału glebowego stosownie do planowanych oznaczeń,
  • przygotowywania odczynników do analiz,
  • wykonania oznaczeń form węgla (TC, IC, TOC) we wszystkich analizowanych próbach glebowych.

 

WYKONAWCY Z SGGW w Warszawie:

 

prof. dr hab. Mieczysław Kazimierz Błaszczyk - autor podręczników z mikrobiologii napisanych zrozumiałym językiem - czyta się je jak najlepszą powieść!!!!

  w projekcie pełni funkcję Opiekuna Merytorycznego (z czego jesteśmy bardzo dumni!!!), a ponadto:

  • koordynuje pobieranie prób glebowych do analiz, wskazując jak najwłaściwsze próby kontrolne,
  • kontroluje wszystkie uzyskiwane w projekcie wyniki z zakresu mikrobiologii i opiniuje ich naukową wartość,
  • mądrze krytykuje ale też chwali nasze postępy – czyli równowaga jest zawsze zachowana,
  • zawsze służy cenną radą i wsparciem.

 

dr Hanna Rekosz-Burlaga - mikrobiolog

   

  w projekcie zaangażowana do analiz z zakresu:

  • określenia ogólnej liczebności mikroorganizmów metodą DAPI,
  • określenia liczebności mikroorganizmów kopiotroficznych i oligotroficznych w glebach rolniczych,
  • określania liczebności bakterii żywych i martwych.

 

dr Agata Goryluk-Salmonowicz - mikrobiolog

  w projekcie pracuje przy oznaczeniach:

  • ogólnej liczebności mikroorganizmów metodą DAPI,
  • liczebności mikroorganizmów kopiotroficznych i oligotroficznych w glebach kontrolnych,
  • liczebności żywych i martwych komórek bakteryjnych,
  • bioróżnorodności mikroorganizmów za pomocą profili DGGE.

 

WYKONAWCY Z IBB w Warszawie to najlepsi specjaliści od analiz molekularnych w Polsce i sekwencjonowania nowej generacji (SNG) – CIESZYMY SIĘ I JESTEŚMY DUMNI ŻE JESTEŚCIE Z NAMI!!!

 

dr Urszula Zielenkiewicz – najważniejsza osoba w projekcie odpowiedzialna za analizy molekularne i sekwencjonowanie nowej generacji – dzięki Niej wskażemy aplikacyjność narzędzi metagenomicznych do prób glebowych o różnej historii ich użytkowania.

  w projekcie zajmuje się:

  • izolacją DNA z gleb (opracowała efektywną metodę izolacji tak „niewdzięcznego” tzn. trudnego - materiału glebowego),
  • reakcjami PCR, ze wskazaniem inhibitorów zakłócających amplifikację,
  • oczyszczeniem amplikonów genu 16S rRNA,
  • przygotowaniem pul amplikonów do sekwencjonowania nowej generacji,
  • wykonaniem sekwencjonowania nowej generacji obejmującego cały analizowany materiał glebowy,
  • bioinformatycznym opracowaniem danych.

 

dr Karolina Tomczyk-Żak

  w projekcie wykonuje analizy obejmujące:

  • izolację DNA (współautor metody izolacji DNA gleb z oczyszczaniem produktu w gradiencie chlorku cezu),
  • reakcje PCR,
  • określenie bioróżnorodności poprzez wyznaczenie indeksu Shannon-Weaver.

 

CEL Projektu:

Celem projektu jest rozpoznanie - dzięki technikom metagenomicznym - aktualnego stanu bioróżnorodności taksonów bakterii w glebach użytkowanych rolniczo w odniesieniu do taksonów występujących w glebach naturalnych (nie poddawanych zabiegom uprawowym), a tym samym ustalenie stopnia degradacji wspólnoty bakterii gleb rolniczych powodowanych przez intensywne praktyki rolnicze.

Proponowane w projekcie zastosowanie narzędzi metagenomiki najnowszej generacji do analiz glebowych umożliwia Autorom testowanie wszystkich populacji mikroorganizmów, występujących w danym środowisku, bez konieczności ich hodowli w laboratorium. Umożliwia tym samym poznanie tych gatunków mikroorganizmów, które dotychczas były pomijane ze względu na brak możliwości laboratoryjnej hodowli. Jest to pierwsze tak kompleksowe rozpoznanie bioróżnorodności mikroorganizmów w glebach rolniczych w Polsce.

 

CO ROBIMY W PROJEKCIE

 

Zadania do wykonania podzieliliśmy na trzy etapy:

 

Etap I: Pobranie gleb rolniczych Lubelszczyzny oraz gleb kontrolnych nie użytkowanych rolniczo oraz ich charakterystyka fizykochemiczna.

Na tym etapie wyznaczymy: wilgotność aktualną, zmierzymy pH i Eh, określimy biodostępne  formy azotu i fosforu, sprawdzimy ile jest węgla łatwodegradowalnego, wyznaczymy biomasę mikroorganizmów glebowych, określimy ich aktywność respiracyjną, potencjalną aktywność amonifikacyjną oraz nitryfikacyjną.

 

Etap II: Analizy mikrobiologiczne i molekularne, w ramach których wykonane zostaną następujące testy: wyznaczenie liczebności bakterii z zastosowaniem fluorochromów (DAPI), określenie liczebności kopio- i oligotrofów, izolacja i oczyszczanie DNA, amplifikacja hiperzmiennego regionu V3 16S rRNA (startery uniwersalne 341f i 534 r) i rozdział elektroforetyczny produktów techniką DGGE oraz szczegółowa analiza żeli; amplifikacja dodatkowych zmiennych regionów 16S rRNA z zastosowaniem starterów uniwersalnych dla Bacteria (27f i 518 r) oraz specyficznych dla Actinobacteria (1159r) i Archaea (27f), a także określenie bioróżnorodności mikroorganizmów techniką sekwencjonowania nowej generacji!!!

 

Etap III: Testy statystyczne (ANOVA z użyciem programu Statistica 10.0 firmy STATSOFT, USA) w celu wyznaczenia indeksu bioróżnorodności oraz korelacji między właściwościami fizykochemicznymi gleb i bioróżnorodnością bakterii – dzięki czemu określony zostanie synergizm pomiędzy testowanymi parametrami środowiskowymi i taksonami bakteryjnymi. Dokonane zostaną także wyliczenia indeksu Shanonna-Weavera oraz analiza prążków z użyciem najnowszych metod bioinformatycznych (program Bionumerics 6.6 Applied Maths).

 

Zdjęcia

Pobieranie materiału glebowego do analiz (24-26.04.2014)

Analizy laboratoryjne

Konsultacje bioinformatyczne

Praca w laboratorium IBB PAN w Warszawie oraz konsultacje naukowe - lipiec 2015

Konsultacje naukowe na KUL - październik 2015

Wspólna praca i konsultacje naukowe w IBB - grudzień 2015

Konsultacje naukowe w IBB w Warszawie - luty 2016

Konsultacje naukowe i wspólna praca w laboratoriach SGGW - luty 2016

Podsumowanie projektu Sonata 5 w Instytucie Biotechnologii KUL (17.06.2016)

 

KONFERENCJE - czyli gdzie mówimy o projekcie i pokazujemy najciekawsze wyniki

 

  1. XLVIII Międzynarodowe Sympozjum pt. „Mikrobiologia a ochrona środowiska” pod patronatem Marszałka Województwa Mazowieckiego, organizowane przez Szkołę Główną Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie (07-10.09.2014). Prezentacja w sesji posterowej:
    • Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Zielenkiewicz U., Tomczyk-Żak K., Błaszczyk M.K. “Biological properties of agricultural soils from Lublin region”.
  2. Konferencja Naukowa pt: „Ochrona gleb użytkowanych rolniczo” organizowana przez Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach (26-27.06.2014). Dwie prezentacje w sesji posterowej:
    • Wolińska A., Rekosz-Burlaga H., Błaszczyk M., Stępniewska Z., Górski A. „Liczebność kopio- i oligotrofów oraz aktywność dehydrogenazowa wybranych gleb rolniczych Lubelszczyzny”
    • Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Zielenkiewicz U., Błaszczyk M., Stępniewska Z., Górski A. „Wpływ rolniczego użytkowania gleb bielicowych I brunatnych na biomasę mikroorganizmów i zawartość DNA glebowego”.
  3. 6th Congress of European Microbiologists organizowany przez Federation of European Microbiological Socieciets (FEMS) w Maastricht (Holandia) w dniach 07-11.06.2015. Dwie prezentacje w sesji posterowej:

    • Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Zielenkiewicz U., Tomczyk-Żak K., Banach A., Błaszczyk M., Stępniewska Z. “Quantification of soil microbiological activities based on crop types (Oat, Triticale)”
    • Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Zielenkiewicz U., Kuźniar A., Błaszczyk M., Stępniewska Z. “Environmental factors influenced on soil microbiological activity”
  4. I Konferencja Naukowa pt: "Fosfor – współczesne wyzwania dla rolnictwa i środowiska" organizowana przez Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach (15-16.06.2014).
    Prezentacja w sesji posterowej:
    • Banach A., Wolińska A., Błaszczyk M., Stępniewska Z. „Wpływ właściwości gleb i ich sposobu użytkowania na poziom fosforu w wybranych glebach Lubelszczyzny”

  5. 29th Congress of the Polish Soil Science Society “Soil Resources and Sustainable Development” odbywający się we Wrocławiu (31.08-03.09.2015 ).
    Dwie prezentacje w sesji posterowej:
    • Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Zielenkiewicz U., Rekosz-Burlaga H, Goryluk-Salmonowicz A., Banach A., Błaszczyk M., Górski A., Stępniewska Z.: “Are the agricultural soils from Lublin region biologically degraded?”
    • Szafranek-Nakonieczna A., Wolińska A., Błaszczyk M., Stępniewska Z., Górski A.: “Abundance of ammonifying bacteria and their activity in selected types of agricultural soils from Lublin region”
  6. 49 Ogólnopolska Konferencja Naukowa „Mikroorganizmy, Środowisko, Biotechnologia” organizowana przez ZUT Szczecin w Siemczynie (1-4.09.2015).
    Prezentacja w sesji posterowej:
    • Wolińska A., Banach A., Zielenkiewicz U., Izak D., Kuźniar A., Błaszczyk M., Stępniewska Z.: “Next generation sequencing as a sensitive tool in determination of microbial communities in soil of different use”
  7. 22nd International Symposium on Environmental Biogeochemistry “Dynamics of Biogeochemical Systems: Processes and Modeling” odbywające się w Piran (Słowenia) (28.09-02.10.2015).
    Prezentacja ustna oraz w sesji posterowej:
    • Wolińska A., Banach A., Szafranek-Nakonieczna A., Rekosz-Burlaga H., Goryluk-Salmonowicz A., Błaszczyk M., Górski A., Stępniewska Z.: “Easily degradable carbon as an indicator of biological degradation in agricultural soils (SE Poland)”
    • Wolińska A., Górniak D., Zielenkiewicz U., Błaszczyk M., Banach A., Stępniewska Z.: “The impact of agricultural practices on soil microbial community determined by DGGE-PCR fingerprinting”
  8. Warsztaty Naukowe pt. „Instrumenty przeciwdziałania degradacji gleb użytkowanych rolniczo” odbywające się w ramach działań Krajowej Platformy Glebowej - organizowane przez Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach (08-09.10.2015).
    Prezentacja ustna oraz w sesji posterowej:
    • Wolińska A., Zielenkiewicz U., Izak D., Kuźniar A., Błaszczyk M., Stępniewska Z.: „Metagenomy glebowe wskaźnikiem degradacji bioróżnorodności mikroorganizmów w glebach bielicowych i brunatnych (woj. lubelskie)”
    • Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Stępniewska Z., Banach A., Błaszczyk M.: „Biologiczne właściwości gleb rolniczo użytkowanych Lubelszczyzny”
  9. Warsztaty Naukowe pt. „Mikroorganizmy symbiotyczne w nauce i praktyce” organizowane przez Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach (19.02.2016).
    Prezentacja ustna:
    • Wolińska A., Kuźniar A., Izak D., Zielenkiewicz U., Błaszczyk M., Stępniewska Z.: „Mikroorganizmy symbiotyczne wiążące azot gleb rolniczych Lubelszczyzny”
  10. I Ogólnopolska Konferencja Naukowa „Metody chromatograficzne w nauce, przemyśle i medycynie”, organizowana przez Fundację Tygiel i Koło Naukowe Biotechnologii KUL w Instytucie Biotechnologii KUL w Lublinie  (03.06.2016).
    Prezentacja w sesji posterowej:
    • Wrona W., Szado A., Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A.: „Zastosowanie chromatografii gazowej w badaniach aktywności mikrobiologicznej gleb hydrogenicznych o różnym sposobie użytkowania”
  11. 50. Ogólnopolska Konferencja Naukowa „Mikroorganizmy w ochronie środowiska i biotechnologii” obywająca się w Sieniawie (06-09.09.2016).
    Dwie prezentacje w sesji posterowej, z czego jeden z posterów pt: „Bacteroidetes czułym wskaźnikiem degradacji biologicznej gleb rolniczych Lubelszczyzny” został uznany za najlepszy poster prezentowany podczas konferencji:
    • Wolińska A., Kuźniar A., Zielenkiewicz U., Izak D., Stępniewska Z., Błaszczyk M.: „Proteobacteria - dominanty wspólnoty bakterii gleb rolniczych Lubelszczyzny”

    • Szafranek-Nakonieczna A., Wolińska A., Kuźniar A., Zielenkiewicz U., Izak D., Stępniewska Z., Błaszczyk M.: „Bacteroidetes czułym wskaźnikiem degradacji biologicznej gleb rolniczych Lubelszczyzny”

  12. International Conference „Biodiversity conservation on farmlands at crossroads˝ odbywająca się w Puławach  (27-28.09.2016).
    Trzy prezentacje w sesji posterowej:
    • Wolińska A., Górniak D., Zielenkiewicz U., Goryluk-Salmonowicz A., Kuźniar A., Stępniewska Z., Błaszczyk M.: “The impact of agricultural practices on microbial communities across Polish arable soils (SE Poland)”
    • Wolińska A., Kuźniar A., Zielenkiewicz U., Izak D., Stępniewska Z., Błaszczyk M.: “Actinobacteria and  Firmicutes as an indicator of biodiversity degradation in  selected agricultural soils from Lublin region”
    • Szafranek-Nakonieczna A., Wolińska A., Kuźniar A., Zielenkiewicz U., Izak D., Stępniewska Z., Błaszczyk M.: “Methylotrophs in agricultural and wasteland soils of  Lublin region”
  13. 11th International Conference on Agrophysics odbywająca się w Lublinie (26-28.09.2016)

    Prezentacja w sesji posterowej:
    • Banach A., Wolińska A., Kuźniar A., Błaszczyk M., Stępniewska Z.: “The influence of soil type and way of its cultivation on biodiversity of microorganisms in soils from Lublin province”
  14. I Ogólnopolskie Sympozjum Mikrobiologiczne „Metagenomy różnych środowisk”, odbywające się w Puławach (20-21.10.2016), gdzie Instytut Biotechnologii KUL (dr A. Wolińska) pełnił rolę współorganizatora konferencji. Prezentacja ustna:

    • Wolińska A., Kuźniar A., Zielenkiewicz D., Izak D., Stępniewska Z., Błaszczyk M.: „Metagenomy gleb rolniczych i nieuprawianych Lubelszczyzny”

Dodatkowo referat w sesji plenarnej wygłosił mgr Dariusz Izak z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie, który w projekcie odpowiedzialny był za analizy bioinformatyczne. Podczas sympozjum przedstawił ciekawy wykład dotyczący bioinformatycznej analizy danych z sekwencjonowania nowej generacji posługując się danymi uzyskanymi dla gleb Lubelszczyzny w trakcie realizacji projektu.

  • Zielenkiewicz U., Izak D. „Krótki przewodnik po analizie metagenomicznej"

 

 

PUBLIKACJE - co już napisaliśmy w ramach realizacji projektu

  1. Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Banach A., Rekosz-Burlaga H., Goryluk-Salmonowicz A., Błaszczyk M., Stępniewska Z., Górski A. 2014. Biological degradation of agricultural soils from Lublin region (SE Poland). International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 3 (11), 558-571.
  2. Wolińska A., Stępniewska Z., Pytlak A. 2015. The effect of environmental factors on total soil DNA content and dehydrogenase activity. Archives of Biological Sciences, 67 (2), 493-501.
  3. Wolińska A., Rekosz-Burlaga H., Goryluk-Salmonowicz A., Błaszczyk M., Stępniewska Z. 2015. Bacterial abundance and dehydrogenase activity in selected agricultural soils from Lublin region. Polish Journal of Environmental Studies, 24 (6), 2677-2682.
  4. Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Zielenkiewicz U., Tomczyk-Żak K., Banach A., Błaszczyk M., Stępniewska Z. 2016. Quantified characterization of soil biological activity under crop cultivation. Journal of Advances in Biology, 8 (3), 1655-1665.
  5. Banach A., Wolińska A., Błaszczyk M., Stępniewska Z. 2015. The influence of soil properties and land use on the phosphate level in soils from Lubelskie region. Polish Journal of Agronomy, 22, 3-9.
  6. Wolińska A., Szafranek-Nakonieczna A., Banach A., Błaszczyk M., Stępniewska Z. 2016. The impact of agricultural soil usage on activity and abundance of ammonifying bacteria in selected soils from Poland. Springer Plus, 5, 565. DOI:10.1186/s40064-016-2264-8.
  7. Wolińska A., Kuźniar A., Zielenkiewicz U., Banach A., Izak D., Stępniewska Z., Błaszczyk M. 2016. Metagenomic analysis of some potential nitrogen-fixing bacteria in arable soils at different formation processes. Microbial Ecology, DOI 10.1007/s00248-016-0837-2

 

Autor: Artur Banach
Ostatnia aktualizacja: 04.11.2016, godz. 13:08 - Artur Banach