Молекулярна физиология на стреса

Отделът се фокусира върху анализа на физиологичните и метаболитните реакции на културните растения при абиотичен стрес и как придобитите знания от тези изследвания могат да бъдат използвани за повишаване на толерантността на растенията към стресови условия. Приложните подходи (от моделни видове към култури, от една култура към друга) ще бъдат основа за изследванията, провеждани от групата.

Една от изследователските линии, които отделът следва, е идентифицирането и характеризирането на гени, участващи в модулирането на отговорите към оксидативния стрес и програмируемата клетъчна смърт, индуцирана от реактивни кислородни видове (ROS). Наскоро екип, ръководен от проф. д-р Цанко Гечев, идентифицира нов ген, специфичен за растенията, който регулира толерантността към оксидативен и абиотичен стрес (Sujeeth et al. 2021). Тъй като този ген има хомолози в основни култури, откритието може да окаже влияние върху управлението на толерантността към стрес при културните растения и да увеличи тяхната продуктивност при неблагоприятни условия на околната среда.

Друго направление на изследване, разглеждано в отдела, е процесът, известен като молекулярно примиране: естествени продукти и синтетични химикали, които могат да защитават моделни и културни растения срещу абиотичен и оксидативен стрес чрез индуциране на молекулярни и физиологични защитни механизми (Kerchev et al. 2020). Освен защитния си ефект срещу стрес, някои от тези съединения могат също да стимулират растежа на растенията. Използвайки множество “-омика” подходи, включително RNA-seq анализ, GC-MS и LC-MS метаболомика и липидомика, екипът на д-р Гечев е идентифицирал гени, метаболити и биохимични пътища с потенциална роля в молекулярното примиране, индуцирано от биостимулант, и се стреми да валидира функционално някои от тези гени (Rasul et al. 2021; Staykov et al. 2021; Omidbakhshfard et al. 2020).

Фиг. 1. Принцип на активиране на растителната защита чрез примиране. Обработката с примиращи агенти (вляво) предизвиква ендогенни защитни механизми на растенията (в средата), водещи до последваща толерантност към стрес при примирани растения. Агрохимикалите обикновено се прилагат като унифициран спрей разтвор (широко приложение), което лесно може да доведе до химически отпадъци, излишни остатъци и увреждане на растителността. За разлика от това, насоченото приложение е насочено към индивидуални растения. Технологичният напредък, като компютърно зрение и машинно обучение, прави насоченото приложение по-ефективно от всякога. Специфичното пръскане на отделни растения позволява намаляване на дозата, което може да елиминира до 90% от използваните химикали и да смекчи въздействието им върху околната среда. Друга вълнуваща технология, която скоро ще бъде достъпна за земеделците, комбинира агрохимикали с нанотела като формулиращи агенти, които специфично таргетират листата или вредителите, подобрявайки задържането и намалявайки количеството на химикалите, попадащи в околната среда.

Третото изследователско направление на екипа на проф. д-р Гечев е върху вида Haberlea rhodopensis, известен като „възкръсващо растение“. Това растение е устойчиво не само на изсушаване, но и на други стресови фактори на околната среда, като продължителна тъмнина и ниски температури. Екипът изучава молекулярните механизми на толерантност към тези абиотични стресове, използвайки технологии „-омика“, като транскриптомика, метаболомика и анализ на липидома (Durgud et al. 2018).

Публикации:

2025

• Hameed A., Khan M.A., Tahir MH.N., Lodhi M.S., Muzammil S., Shafiq M., Gechev T., Faisal M. (2025)
  • In Silico identification and characterization of SOS gene family in soybean: Potential of calcium in salinity stress mitigation. PLoS One. 20(2): e0317612. (IF 2.9)

• Vatov E., Gechev T. (2025)
  • Recent evidence for transgenerational adaptation resulting from stress induced changes in the cytosine methylation landscape of plants. Plant Stress. DOI: 10.1016/j.stress.2025.100812. (IF 6.8)

• Zareen S., Ali A., Park J., Kang S.M., Lee I.J., Pardo J.M., Yun D.J., Xu Z.Y. (2025)
  • HOS15 impacts DIL9 protein stability during drought stress in Arabidopsis. New Phytolologist. DOI: 10.1111/nph.20398. (IF 8.3)

2024

• Gupta S., Petrov V., Garg V., Mueller-Roeber B., Fernie A.R., Nikoloski Z., Gechev T. (2024)
  • The genome of Haberlea rhodopensis provides insights into the mechanisms for tolerance to multiple extreme environments. Cellular and Mоlecular Life Sciences. 81(1): 117. (IF 8)

• Kazakov P., Alseekh S., Ivanova V., Gechev T. (2024)
  • Biostimulant-based molecular priming improves crop quality and enhances yield of raspberry and strawberry fruits. Metabolites. 14(11): 594. (IF 3.4)

• Stavrakeva K., Metodieva K., Benina M., Bivolarska A., Dimov I., Choneva M., Kokova V., Alseekh S., Ivanova V., Vatov E., Gechev T., Mladenova T., Mladenov R., Todorov K., Stoyanov P., Gyuzeleva D., Popova M., Apostolova E. (2024)
  • Metabolic composition of methanolic extract of the Balkan endemic species Micromeria frivaldszkyana (Degen) Velen and Its anti-inflammatory effect on male wistar rats. International Journal of Molecular Sciences. 25(10): 5396. (IF 5.6)

• Steimker J., Tripodi P., Wendenburg R., Tringovska I., Nankar A., Stoeva V., Pasev G., Klemmer A., Todorova V., Bulut M., Tikunov Y., Bovy A., Gechev T., Kostova D., Fernie A.R., Alseekh S. (2024)
  • The genetic architecture of the pepper metabolome and the biosynthesis of its signature capsianoside metabolites. Current Biology. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.07.098. (IF 8.1)

2023

• Ali A., Petrov V., Yun DJ., Gechev T. (2023)
  • Re-visiting plant salt tolerance: Novel components of the SOS-pathway. Trends in Plant Science. 28: 1060–1069. (IF 22.012)

• Dong Y., Gupta S., Wargent J., Putterill J., Macknight R., Gechev T., Mueller-Roeber B., Dijkwel P. (2023)
  • Comparative transcriptomics of multi-stress responses in Pachycladon cheesemanii and Arabidopsis thaliana. International Journal of Molecular Sciences. 24(14): 11323. (IF 6.208)

• Gechev T., Kazakov P., Ivanova A., Ivanova T., Mircheva M., Kolev V., Ganeva D., Kosmalova T.V., Ruseva M., Kantardjiev E., Kazashka V. (2023)
  • Establishment and development of the center of plant systems biology and biotechnology in Plovdiv, Bulgaria. Open Research Europe. 3:140.

• Kanojia A., Xu.X., Dijkwel P. (2023)
  • Chapter 6 – The plant hormone ethylene. Academic Press. Pages 73-87.

• Khan N.Z., Ali A., Ali W., Aasim M., Khan T., Khan Z., Munir I. (2023)
  • Heterologous expression of bacterial dehydrin gene in Arabidopsis thaliana promotes abiotic stress tolerance. Physiology and Molecular Biology of Plants. DOI: https://doi.org/10.1007/s12298-023-01358-w. (IF 3.90)

• Petrov V., Gechev T. (2023)
  • ROS and abiotic stress in plants 2.0. International Journal of Molecular Sciences. 24(15): 11917. (IF 6.208)

• Shoaib M., Shah B., El-Sappagh S., Ali A., Ullah A., Alenezi.F., Gechev T., Hussain T., Ali F. (2023)
  • An advanced deep learning models-based plant disease detection: A review of recent research. Frontiers in Plant Science. 14: 1158933.  (IF 6.627)

2022

• Gechev T., Petrov V. (2022)
  • Plant systems biology in 2022 and beyond. International Journal of Molecular Sciences. 23: 415. (IF 6.208)

• Hussain T., Shoaib M., Shah B., Ali A., Ullah A., Alenezi F., Gechev T., Farman Ali F., Syed I. (2022)
  • Deep learning-based model for plant lesion segmentation, subtype identification, and survival probability estimation. Frontiers in Plant Science.13: 1095547. (IF 6.627)

• Tong H., Nankar A.N., Liu J., Todorova V., Ganeva D., Grozeva S., Tringovska I., Pasev Gancho., Radeva-Ivanova V., Gechev T., Kostova D., Nikoloski Z. (2022)
  • Genomic prediction of morphometric and colorimetric traits in Solanaceous fruits. Horticulture Research. DOI: https://doi.org/10.1093/hr/uhac072 (IF 6.793)

• Zareen S., Ali A., Lim C.J., Khan H.A., Park J., Xu Z.Y., Yun D.J. (2022)
  • The transcriptional corepressor HOS15 mediates dark-Induced leaf senescence in arabidopsis. Frontiers in Plant Science. DOI: doi: 10.3389/fpls.2022.828264. (IF 5.753)

• Radeva-Ivanova V., Pasev G., Lyall R., Angelov M., Nankar A.N., Kostova D. (2022)
  • First report of cucurbit aphid-borne yellows virus causing yellowing disease on pumpkin (cucurbita pepo) and cucumber (cucumis sativus) in Bulgaria. APS Journal. DOI: doi: 10.1094/PDIS-09-21-2030-PDN. (IF 4.025)

• Rane R.N., Tapase S., Kanojia A., Watharkar A., Salama E., Jang M., Yadav K., Amin A.M., Pinto M.S., Cabral-Pinto, Jadhav P.J., Byong-Hun J. (2022)
  • Molecular insights into plant–microbe interactions for sustainable remediation of contaminated environment. Bioresource Technology. 344(B): 126246. (IF 9.642)

• Sujeeth N., Petrov V., Guinan K.J., Rasul F., O’Sullivan J., Gechev T. (2022)
  • Current insights into the molecular mode of action of seaweed-based biostimulants and the sustainability of seaweeds as raw material resources. International Journal of Molecular Sciences. 23(14): 7654. (IF 6.208)

2021

• Gechev T., Lyall R., Petrov V., Bartels D. (2021)
  • Systems biology of resurrection plants. Cellular and Molecular Life Sciences. 78: 6365–6394. (IF 9.261)

• Kanojia A., Shrestha K.D., Dijkwel P. (2021)
  • Primary metabolic processes as drivers of leaf ageing. Cellular and Molecular Life Sciences. 78: 6351–6364 (IF 9.261)

• Rasul F., Gupta S., Olas J.J., Gechev T., Sujeeth N., Mueller-Roeber B. (2021)
  • Priming with a seaweed extract strongly improves drought tolerance in Arabidopsis. International Journal of Molecular Sciences. 22: 1469. (IF 5.923)

• Staykov N.S., Angelov M., Petrov V., Minkov P., Kanojia A., Guinan K.J., Alseekh S., Fernie A.R., Neerakkal S., Gechev T. (2021)
  • An Ascophyllum nodosum-derived biostimulant protects model and crop plants from oxidative stress. Metabolites. 11(1): 24. (IF 4.932)

2020

• Faisal M., Gechev Т., Mueller-Roeber B., Dijkwel P. (2020)
  • Putative alternative translation start site-encoding nucleotides of CPR5 regulate growth and resistance. BMC Plant Biology 20(1):295. (IF 4.215)

• Gechev T., Georgiev M.I., Fernie A.R. (2020)
  • PlantaSyst: Teaming-up for systems biology and biotechnology. Trends in Plant Science. 25(7): 621-624. (IF 18.313)

• Gechev T., Petrov V. (2020)
  • Reactive oxygen species and abiotic stress in plants. International Journal of Molecular Sciences. 21: 7433. (IF 5.923)

• Kanojia A., Gupta S., Benina M., Fernie A.R., Mueller-Roeber B., Gechev T., Dijkwel P. (2020)
  • Developmentally controlled changes during Arabidopsis leaf development indicate causes for loss of stress tolerance with age. Journal of Experimental Botany. 71: 6340–6354. (IF 6.992)

• Kerchev P., van der Meer T., Sujeeth S., Verlee A., Stevens C.V., Van Breusegem F., Gechev T. (2020)
  • Molecular priming as an approach to induce tolerance against abiotic and oxidative stresses in crop plants. Biotechnology Advances. 40: 107503. (IF 14.227)

• Lyall R., Gechev T. (2020)
  • Multi-omics insights into the evolution of angiosperm resurrection plants. Annual Plant Reviews Online. 3(1): 77-110.

• Lyall R., Nikoloski Z., Gechev T. (2020)
  • Comparative analysis of ROS network genes in extremophile eukaryotes. International Journal of Molecular Sciences. 21: 9131. (IF 5.923)

• Omidbakhshfard M.A., Sujeeth N., Gupta S., Omranian N., Guinan K.J., Brotman Y., Nikoloski Z., Fernie A.R., Mueller-Roeber B., Gechev T. (2020)
  • A biostimulant obtained from the seaweed Ascophyllum nodosum protects Arabidopsis thaliana from severe oxidative stress. International Journal of Molecular Sciences. 21(2): 1–26. (IF 5.923)

• Sujeeth N., Mehterov N., Gupta S., Qureshi M.K., Fischer A., Proost S., Omidbakhshfard M.A., Obata T., Benina M., Staykov N., Balazadeh S., Walther D., Fernie A.R., Mueller-Roeber B., Hille J., Gechev T. (2020)
  • A novel seed plants gene regulates oxidative stress tolerance in Arabidopsis thaliana. Cellular and Molecular Life Sciences. 77: 705–718. (IF 9.261)

2019

• Dong Y., Gupta S., Sievers R., Wargent J., Wheeler D., Putterill J., Macknight R., Gechev T., Mueller-Roeber B., Dijkwel P. (2019)
  • Genome draft of the Arabidopsis relative Pachycladon cheesemanii reveals novel strategies to tolerate New Zealand’s high Ultraviolet B radiation environment. BMC Genomics. 20(1): 838. (IF 3.594)

• Gupta S., Dong Y., Dijkwel P., Mueller-Roeber B., Gechev T. (2019)
  • Genome-wide analysis of ROS antioxidant genes in resurrection species suggest an involvement of distinct ROS detoxification systems during desiccation. International Journal of Molecular Sciences. 20(12): 3101. (IF 4.556)

2018

• Durgud M., Gupta S., Ivanov I., Omidbakhshfard A., Benina M., Alseekh A., Staykov N., Hauenstein M., Dijkwel P.P., Hörtensteiner S., Toneva V., Brotman Y., Fernie A.R., Mueller-Roeber B., Gechev T. (2018)
  • Molecular mechanisms preventing senescence in response to prolonged darkness in a desiccation–tolerant plant. Plant Physiology. 177(3): 1319–1338. (IF 6.305)

• Petrov V., Qureshi, M. K., Hille, J., Gechev T. (2018)
  • Occurrence, biochemistry and biological effects of host-selective plant mycotoxins. Food and Chemical Toxicology. 112: 251–264. (IF 3.775)