Nasze trzy główne obszary badań to; fotobiologia, w szczególności wpływ światła krótkofalowego na funkcjonowanie roślin, zagadnienia związane z interakcją światła z liśćmi roślin oraz rozwój oprogramowania do analizy pomiarów AFM.
Głównym obszarem badań naszej grupy jest fotobiologia, w szczególności wpływ światła krótkofalowego na funkcjonowanie roślin. Badania skupione są wokół fototropin, fotoreceptorów światła UV/niebieskiego. Fototropiny zawierają dwa chromofory. Są to mononukleotydy flawinowe związane z domenami LOV (Light, Oxygen and Voltage) w N-końcowej części białka. Na C-końcu znajduje się domena kinazy serynowo - treoninowej. W genomie rośliny modelowej Arabidopsis thaliana znajdują się dwa geny fototropin (fototropina1 i fototropina2). Fotoreceptory te charakteryzują się funkcjonalną redundancją, kontrolując procesy służące optymalizacji fotosyntezy, takie jak ruchy chloroplastów, fototropizm, otwieranie aparatów szparkowych, pozycjonowanie i kształtowanie liści. Fototropiny wykazują różną światłoczułość i są w stanie przełączać szlaki sygnalizacji wewnątrzkomórkowej w zależności od natężenia światła. W przypadku ruchów chloroplastów, reakcja akumulacji w słabym świetle jest kontrolowana przez phot1 i phot2.
Pełna reakcja ucieczki chloroplastów przy wysokich natężeniach światła zależy od fototropiny2. Fototropina1 wywołuje jedynie szczątkową reakcję ucieczki w tych warunkach. Molekularne mechanizmy leżące u podstaw przełączenia pomiędzy ścieżkami przekazu sygnału podczas ruchów chloroplastów w słabym i silnym świetle pozostają jednak nieznane. Konieczne jest zidentyfikowanie dalszych komponentów sygnalizacyjnych, takich jak białka fosforylowane przez fototropiny. Fizjologiczne znaczenie regulacji aktywności fototropin pozostaje wciąż słabo zrozumiane. U podstaw tego procesu mogą leżeć różnice w strukturach phot1 i phot2. Co więcej, dimeryzacja fototropin wydaje się modyfikować przekaz sygnału. Obecnie badamy molekularne aspekty funkcjonowania tych fotoreceptorów, aby określić, w jaki sposób fototropiny kontrolują ruchy chloroplastów. Charakteryzujemy także istotne z punktu widzenia ekologicznego aspekty ruchów chloroplastów, takie jak wpływ promieniowania ultrafioletowego. W przyszłości chcielibyśmy poznać znaczenie ruchów chloroplastów w środowisku naturalnym.
Drugi obszar badań naszej grupy stanowią zagadnienia związane z interakcją światła z liśćmi roślin. Specjalizujemy się w projektowaniu urządzeń do pomiaru właściwości liści, takich jak transmitancja i reflektancja. Nasz sprzęt obsługuje oprogramowanie open source, BeamJ. Narzędzie do trasowania promieni jest dostępne pod adresem https://github.com/plantPhotobiologyLab/openRayTracer.
Trzecim z realizowanych tematów jest rozwój oprogramowania do analizy pomiarów AFM. AtomicJ, stworzony i aktywnie rozwijany przez Pawła Hermanowicza, jest programem do analizy obrazów i krzywych siła-odległość, zarejestrowanych za pomocą Mikroskopu Sił Atomowych (AFM). Umożliwia on równoległe przetwarzanie pomiarów, tworzenie map właściwości mechanicznych próbki, w szczególności map modułu Younga, sił adhezji, głębokości deformacji, wysokości próbki i odkształcenia. AtomicJ pozwala na stosowanie szeregu modeli kontaktu ostrza AFM z próbką, uwzględniających niedoskonałości w kształcie ostrza, skończoną grubość próbki, obecność sił adhezji czy hipersprężyste własności materiału. AtomicJ jest udostępniany jest poprzez SourceForge, wraz z kodem źródłowym, na licencji GPL, dostępnym pod adresem https://github.com/pawelHerm/AtomicJ
Laboratorium Fotobiologii odpowiada za Mikroskop Konfokalny w MCB. Osobą opiekującą się mikroskopem, zajmującą się rozwiązywaniem problemów i spraw serwisowych jest dr Paweł Hermanowicz. Mikroskop wyposażony jest w jednostkę konfokalną, a także dodatkowy detektor AiryScan, która poprawia rozdzielczość do 140 nm, również w kierunku osi Z. Mikroskop pozwala także na pomiary typu stosów lambda, polegające na jednoczesnym rejestrowaniu 32 obrazów, z których każdy odpowiada wąskiemu zakresowi spektrum. Technika ta pozwala na oddzielenia sygnału fluoroforów z częściowo nakładającymi się widmami emisji. Przedłużone obrazowanie żywych próbek przez wiele godzin jest możliwe dzięki systemowi inkubacji, który pozwala na kontrolę temperatury, CO2 i stężenia tlenu. Długotrwałe pomiary są ułatwione także dzięki systemowi kontroli płaszczyzny ostrości. Nowi użytkownicy mogą korzystać z mikroskopu po odbyciu szkolenia (3 h). Opłaty za mikroskop są utrzymywane na najniższym poziomie. Ta sama preferencyjna cena jest oferowana wszystkim użytkownikom z jednostek uniwersyteckich uczestniczących w POB BIOS.
dr Justyna Łabuz
więcej o dr Justyna ŁabuzŁabuz Justyna, dr, Group Leader, justyna.sojka@uj.edu.pl, (+48 12) 664 6109
Hermanowicz Paweł, dr, pawel.hermanowicz@uj.edu.pl, (+48 12) 664 6109
Anna Hebda dr inż., a.hebda@uj.edu.pl, (+48 12) 664 6109
Anna Kozłowska-Mroczek, mgr inż., anna.1.kozlowska@uj.edu.pl, (+48 12) 664 6109
Aleksandra Giza, mgr, a.giza@doctoral.uj.edu.pl, (+48 12) 664 6109
Aneta Prochwicz, mgr, aneta.prochwicz@doctoral.uj.edu.pl, , (+48 12) 664 6109
2022 – 2026 OPUS 21, 2021/41/B/NZ1/02826 from the National Science Centre (Poland) “How does phototropin2 control chloroplast positioning in Arabidopsis?” PI: Justyna Łabuz
2021 – 2023 POB BIOS, Jagiellonian University, “The impact of chloroplast avoidance on photosynthetic efficiency of plants in fluctuating light” PI: Justyna Łabuz
2021 – 2022 POB BIOS, Jagiellonian University, “The role of ultraviolet radiation in colonization of plants by endophytes”, PI: Justyna Łabuz
2021 – 2022 MINIATURA 2020/04/X/NZ4/01256, from the National Science Centre (Poland) “Application of polarized light to improve sensitivity of the method of detection of chloroplast movements based on leaf reflectance measurements”, PI: Paweł Hermanowicz
2018 – 2022 OPUS 13, 2017/25/B/NZ3/01080 from the National Science Centre (Poland) “Dissecting the molecular basis of phototropin signaling to chloroplast movements in Arabidopsis thaliana”, PI: Justyna Łabuz
Łabuz J, Sztatelman O, Hermanowicz P. 2022. Molecular insights into the phototropin control of chloroplast movements, Journal of Experimental Botany, erac271, https://doi.org/10.1093/jxb/erac271
Łabuz J, Sztatelman O, Jagiełło-Flasińska D, Hermanowicz P, Bażant A, Banaś AK, Bartnicki F, Giza A, Kozłowska A, Lasok H, Krzeszowiec-Jeleń W, Gabryś H, Strzałka W. 2021. Phototropin interactions with SUMO proteins, Plant and Cell Physiology 62, 693–707.
Eckstein A, Grzyb J, Hermanowicz P, Zgłobicki P, Łabuz J, Strzałka W, Dziga D, Banaś AK. 2021. Arabidopsis phototropins participate in the regulation of dark-induced leaf senescence. International Journal of Molecular Sciences 22, 1836.
Hermanowicz P. 2021. Determination of Young’s modulus of samples of arbitrary thickness from force distance curves: numerical investigations and simple approximate formulae. International Journal of Mechanical Sciences193, 106138.
Hermanowicz P, Banaś AK,. Sztatelman O, Gabryś H, Łabuz J. 2019. UV-B Induces Chloroplast Movements in a Phototropin-Dependent Manner. Frontiers in Plant Science, 10, 1279.
Eckstein A, Grzyb J, Hermanowicz P, Łabuz J, Banaś AK. 2019. A role for GLABRA1 in dark-induced senescence. Acta Biochimica Polonica, 66, 243–248.
Hart JE, Sullivan S, Hermanowicz P, Petersen J, Diaz-Ramos LA, Hoey DJ, Łabuz J, Christie JM. 2019. Engineering the phototropin photocycle improves photoreceptor performance and plant biomass production. PNAS, 116, 12550-12557.
Robson TM, Aphalo PJ, Banaś AK, Barnes PW, Brelsford CC, Jenkins GI, Kotilainen TK, Łabuz J, Martínez-Abaigar J, Morales LO, Neugart S, Pieristè M, Rai N, Vandenbussche F, Jansen MAK. 2019. A perspective on ecologically relevant plant-UV research and its practical application. Photochemical and Photobiological Sciences, 18, 970-988.
Kowalska E, Bartnicki F, Fujisawa R, Bonarek P, Hermanowicz P, Tsurimoto T, Muszynska K, Strzalka W. 2018. Inhibition of DNA replication by an anti-PCNA aptamer/PCNA complex. Nucleic Acids Research, 46, 25-41.
Grzyb J, Gieczewska K, Łabuz J, Sztatelman O. 2018. Detailed characterization of Synechocystis PCC 6803 ferredoxin:NADP+ oxidoreductase interaction with model membranes. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, 1860, 281-291.
Banaś AK, Hermanowicz P, Sztatelman O, Łabuz J, Aggarwal Ch, Zgłobicki P, Jagiełło-Flasińska D, Strzałka W. 2018. 6,4 - PP Photolyase Encoded by AtUVR3 is Localized in Nuclei, Chloroplasts and Mitochondria and Its Expression is Down-Regulated by Light in a Photosynthesis-Dependent Manner. Plant and Cell Physiology, 59, 44–57.
Gabryś H, Banaś AK, Hermanowicz P, Krzeszowiec W, Leśniewski S, Łabuz J, Sztatelman O. 2017. Photometric Assays for Chloroplast Movement Responses to Blue Light. Bio-protocol, 7:e2310.
Sztatelman O, Łabuz J, Hermanowicz P, Banaś AK, Bażant A, Zgłobicki P, Aggarwal C, Nadzieja M, Krzeszowiec W, Strzałka W, Gabryś H. 2016. Fine tuning chloroplast movements through physical interactions between phototropins. Journal of Experimental Botany, 67, 4963-4978.
Łabuz J, Samardakiewicz S, Hermanowicz P, Wyroba E, Pilarska M, Gabryś H. 2016. Blue light-dependent changes in loosely bound calcium in Arabidopsis mesophyll cells: an X-ray microanalysis study. Journal of Experimental Botany, 67, 3953-3964.