Доц. Димитрина Костова: Разкриването на генома на зеленчуците ни дава шанс да подобрим сортовете

Новият Център по растителна системна биология и биотехнология в Пловдив събира международен екип от учени за фундаментална и приложна наука, насочена и върху практически приложения

Доц. д-р Димитрина Костова е селекционер в градинарството с безценен опит в растителната вирусология. Дипломира се във Висшия селскостопански институт (днес Аграрен университет в Пловдив), специалност „Генетика и селекция“ и започва работа в Института по зеленчукови култури (ИЗК) „Марица“. След успешен конкурс става докторант в ИЗК върху дисертация свързана с устойчивостта на пипера към вируса на тютюневата мозайка.

Автор и съавтор е на 7 нови сортове пипер, домати, краставици и зелен фасул, създадени в институт „Марица“. Специализирала е във Великобритания, Колумбия, Италия. Била е консултант по вирусна диагностика в Китай. Ръководител и участник е в 7 проекта, финансирани от Европейската Комисия. Носител е на най-престижната Българска награда за наука „Питагор“ за 2009 година.

През 2015 г. доц. Костова, заедно с колегите си доц. д-р Цанко Гечев от  Института по молекулярна биология и биотехнология – Пловдив, и доц. д-р Милен Георгиев от Института по микробиология „Стефан  Ангелов” – Лаборатория по приложна биотехнология – Пловдив, както и с колеги от Университета в Потсдам и институт Макс Планк, Германия участват с проекта „ПлантаСИСТ“ за създаване на Център по растителна системна биология и биотехнология (ЦРСББ) в Пловдив по Програмата за научни разработки „Хоризонт 2020“ на Европейската Комисия (ЕК). Проектът е одобрен на всички фази и получава европейско финансиране от малко над 15 млн. евро за реализацията му, като със същия размер помощ участва и България. С подкрепата на държавата и на община Пловдив изграждането на Центъра стартира от 16 юли 2020 г., когато официално бе направена „първа копка“ на предоставен от община Пловдив терен в район „Тракия“. Очаква се строителството на сградите на Центъра и оборудването им да завършат в началото на 2022 г. Дотогава екипът на ЦРСББ ще продължи да се попълва чрез международно обявени конкурси.

С най-модерна апаратура в Центъра ще анализираме почвите и ще предлагаме подобряване на плодородието, включително и с микроорганизми

Доц. д-р Димитрина Костова, ръководител на отдел „Селекция“ в Центъра по растителна системна биология и биотехнология, пред Агро Пловдив

Доц. Костова, растенията ще са големият обект на изследвания в новия център, който се строи. С какво научната работа ще бъде полезна за земеделието? Къде е фокусът?

Изследванията в нашия център имат както фундаментален, така и приложен характер. Приложността е в различни области – в земеделието, фармацията, хранителната промишленост. Една от задачите на отдел Селекция е свързана главно със селекция при зеленчуковите култури. По този проблем работим рамо до рамо с научен екип от институт „Марица“. Центърът и институтът няма да се конкурират, напротив. Голяма част от фундаменталните изследвания  в областта на метаболомиката, генотипирането, биоинформатиката, които институтът не би могъл да направи сам, се извършват съвместно с Центъра, както и с нашите партньори от Институт Макс Планк или от Университета в Потсдам, Германия.

Моля, обяснете какво е генотипиране и какво е свършено до момента?

При класическата селекция се работи основно с фенотипа т.е. външния вид на растението. По него се правят отбори и кръстоски. При молекулярната селекция водещ фактор е генотипа, тази невидима последователност от гени, която формира фенотипа. Казано простичко, генотипиране означава да се идентифицира последователността от гени в даден организъм. При голяма част от растенията е разкрит целият им геном. Правят се

геномни карти, които дават характеристика на отделния сорт, и чрез тях може да се запази авторството на сорта.

Геномът на редица културни и диви видове е разгадан. В това число влизат пиперът, доматите, краставиците и други зеленчукови видове. Имаме и моделни растения. Например Arabidopsis е един дребен плевел, чиито геном e първият секвиниран, най-вече поради това, че е изключително малък. Това е най-популярното моделно растение, което се използва в молекулярната биология за проучване на редица белези при цъфтящите растения.

За какво помага разгадаването на генетичните кодове?

Познаването на генома служи да се „хванат“ гени, които са значими. Например работи се много с Haberlea rhodopensis – Родопски силивряк. Това е много красиво цвете, което се среща  при скалисти места в Родопите. Във високия сезон на лятото, когато всичко изсъхва, това растение реално умира и няма никакви жизнени процеси, но когато дойде сезона на дъждовете, Haberlea rhodopensis възкръсва. Има няколко такива растителни вида.

Учените се опитват да намерят този ген, който е отговорен за “безсмъртието” на растението.

Или иначе казано, да открият гена, който управлява неговата невероятна издръжливост на засушаване и ниски температури.

Каква е връзката между генотипирането и селекцията?

В момента имаме две големи хубави колекции от пипер и домати, които са събирани от колегите селекционери от ИЗК от различни балкански страни при посещенията им там, или са получавани по наше искане. В тези колекции са включени и някои селекционни линии, за които може да се каже, че са относително стабилни. Получени са в резултат на кръстоски и са интересни с качествата си. Колекционерът ги включва в колекционен питомник за поддържане на разнообразни форми. Чрез разкриване на генните последователности в поддържаните от нас образци могат да се открият маркери, които да покажат присъствието на важни за нас гени, свързани с конкретни агрономически и стопански качества. Това познание ще ни послужи за по-бързо създаване на нов сорт и затова питомникът е важен от гледна точка на бъдещето.

Колко големи са тези колекции?

В ИЗК „Марица“ селекционната работа се извършва по класическия начин – кръстосване, самоопрашване, беккросиране (възвратно кръстосване с един от родителите).

В момента се изпитват около 250-260 образци от колекциите от пипер и домати.

Това лято ги представихме на полето пред фермери, колеги изследователи, любители и др. Целта беше градинарите да видят разнообразието на форми.

Всички образци от двете колекции са подложени на метаболомен анализ от Центъра, съвместно с нашите партньори от Макс Планк Института. Изследват се първичните и вторични метаболити, които се синтезират в растенията. Тук говорим за витамини, флаваноиди, антиоксиданти, ензими, всички те имат голямо значение за хранителната стойност на зеленчуците и са важни за нашето здраве. Получената информация е необходима за по-нататъшния отбор и селекция.

Дали вече е попълнен научният състав на новия център?

Имаме кадри, една част от които в момента специализират в института Макс Планк в Германия, а друга са вече тук на работа към Центъра.

Така например д-р Аканша Каноиа е млад колега, която е на позиция post doc. Защитила е докторат в университет Massey в Нова Зеландия в областта на растителната биология и по-точно фенотипно характеризиране на два мутанта на Arabidopsis thaliana. По-късно работи под ръководството на проф. Бернд Мюлер-Робер в Университета в Потсдам, Германия, който е един от създателите и от партньорите на Центъра. Работи върху процесите на стареене при Arabidopsis thaliana и загубата на стрес толерантност при стареенето чрез използване методите на РНК секвениране  и метаболомика.

В биоинформатичното звено на института Макс Планк се обучава и д-р Хао Тонг от Китай. Той също е на post doc позиция и е под ръководството на ръководителя на звеното – проф. Зоран Николовски. Хао ще започне работа в Центъра в началото на 2021 г. и ще продължи с биоинформатичните изследвания, които са важна част от задълбоченото характеризиране на растителния организъм.

В селекцията имаме още един колега на позиция post doc, назначен с конкурс, Амол Нанкар, който е от Индия. Амол е специализирал в Европа, след което е заминал за САЩ, където защитава докторска дисертация в Държавния Университет в Ню Мексико  по проблемите на сладката царевица. След това  в продължение на пет години работи в Texas A&M Университет като селекционер в производствената им програма насочена към създаване на селекционни линии и хибриди. Когато обявихме позицията, имахме към 120 кандидатури, спряхме се на 3-4. След направените интервюта категорично одобрихме д-р Амол Нанкар.

Как научната работа в новия Център ще бъде от полза за земеделската практика? 

Връзката ни с производителите е двустранна.

Ние показваме какво имаме, а фермерите казват какво искат.

Например тази година имаше екстремни температури по време на цъфтежа на зеленчуците и абортиране на цветовете, което се отрази на реколтата. При такива ситуации е необходимо да се създадат сортове, устойчиви на атмосферни засушавания. Подходът е подобен и при нападение от болести и неприятели. Най-подходящият е използването на устойчиви сортове.

За какво производителите ще търсят центъра?

Центърът ще притежава възможно най-модерно оборудване за извършване на метаболомни и биоинформационни анализи, както и услуги в областта на растителните биотехнологии. В бъдещ план в отдел „Почвено плодородие“ ще се използват съвременни методи за характеризиране и подобряване на почвеното плодородие, в това число подобряване състава на микроорганизми в почвата.

Ще се използва модерна аналитична апаратура

за присъствие или отсъствие на важни елементи в почвата.

Науката при всички положения няма да е самоцелна, а ще е  свързана с практиката. Предвижда се биопроизводство в биореактори на ценни съединения с приложение в медицината и козметиката.

Науката може ли да се самоиздържа?

Да, трябва да може! Това ще бъде доказателство доколко е успешна и приложима. През първите години на изграждане на Центъра разчитаме на успешни проекти, като вече има такива, а в скоро време се надяваме и на успешни иновации, резултат от приложните изследвания. Центърът вече разполага и с специалисти в областта на маркетинговите проучвания, като в това отношение разчитаме и на партньорите ни от Потсдам.

Единствено зеленчуците ли ще са обект на изследвания в новия център?

Тръгваме от зеленчуковите култури, защото имаме силен партньор в това отношение – ИЗК Марица. Поставено е съвместното начало – чрез дълбокото фенотипиране и генотипиране на два колекции от домати и пипер. Тези колекции представляват и първата семенна ген-банка, с която центърът стартира. След това ще продължим и с други културни растения.

Може би да разкажете нещо за себе си? Какво ви привлече към земеделската наука? Кои бяха вашите учители? И какво научихте от специализациите?

Не бих казала, че още в началото на съзнателното ми съществуване съм имала определени предпочитания към тази професия. Интересите се създадоха с времето, осъзнато и трайно. В избора ми за професия вероятно е имало значение и семейството ми, специално баща ми, който е притежавал стопанство, занимавал се с овощарство, лозарство, даже е построил първата стъклена оранжерия в района. Притежаваше морал и етика на земеделец, която сега трудно се открива особено там, където печалбата е водещ мотив.

Имах удивителния късмет да попадна на двама великолепни учени

още в началото на научната си работа в областта селекция на устойчивост на вирусни болести – селекционера професор Стоян Христов от ИЗК „Марица“ и вирусоложката проф. Тодора Иванчева-Габровска, консултант по дисертацията ми. Имах шанс, че по време на моята докторантура проф. Габровска, вече пенсионер, бе дошла от Института по Защита на Растенията-Костинброд да работи към Института по Тютюна. Тя ме научи как да изолирам вирусите, как да ги пречистя и въобще как да работя с тях. Това беше невероятен късмет, защото проф. Габровска бе освен професионалист, и страхотен човек от старото съсловие. Растителната фитопатология и специално растителната вирусология е имала много отдавна една силна основа поставена от забележителни български личности като проф. Димитър Атанасов, защитил докторат в Уискънсинския Университет през 1920 година. След това е работил 5 години в Университета във Вагенинген, Холандия, след което се връща и създава катедрата по фитопатология към Агрономическия факултет на Софийския Университет. Проф. Габровска и редица други наши изявени изследователи като генетика Дончо Костов, фитопатолозите Иван Ковачевски, Атанас Христов и Димитър Додов са били негови възпитаници.

След защитата на докторската дисертация специализирах във Великобритания в Института по градинарство, по линията на МАГАТЕ (Международна агенция за атомна енергия). По-късно специализирах в Италия, Института по приложна вирусология в Торино и в Колумбия, Център по тропично земеделие в Кали. Това бяха много успешни специализации, чрез които се срещаш с висока класа професионалисти и натрупваш много познания и опит.

Това по-късно се отрази на работата ми в ИЗК, особено след демократичните промени и откриването на възможности да кандидатстваме по Европейски програми. И така, с много ентусиазъм и с един силен, млад екип, макар и малоброен, успяхме да спечелим значими проекти по Европейските програми 6, 7 и Хоризонт 2020. Това донесе значителни финансови средства за Института, който сега има друг облик, особено по отношение оборудване на лабораториите. Но не по-малък принос е, че станахме различими в Европейското изследователско пространство като желан партньор в нови проекти от водещи  институти. ИЗК се гордее и като партньор в проекта ПланатаСист, защото така става участник в изграждането на един уникален център, със засилено международно участие и високо технологична изследователска инфраструктура.