Mezőgazdasági Intézet (HUN-REN Agrártudományi Kutatóközpont)
résztvevők
Darkó Éva Dernovics Mihály Gondor Orsolya Kinga Hamow Kamirán Áron Hamow-Tajti Judit Janda Tibor Majláth Imre Németh Edit Pál Magda Végh Balázs Vida Gyula
projekt kezdete
2017-10-01
projekt vége
2022-09-30
aktuális összeg (MFt)
47.620
FTE (kutatóév egyenérték)
6.41
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A klímaváltozás miatt a növények gyakran extrém időjárási körülményeknek vannak kitéve, mely súlyos gazdasági veszteségeket okozhat. Mind elméleti, mind gyakorlati szempontból nagy jelentősége van azon anyagok vizsgálatának, melyek a gazdasági növények stresszérzékenységét csökkenteni képesek. Az elmúlt években számos bizonyíték gyűlt össze a szalicilsavnak (SA) az abiotikus stresszhatások során játszott szerepéről is. Nemrég microarray vizsgálatunk során kimutattuk, hogy a külsőleg adagolt SA a fenilpropanoid útvonalhoz és a fruktán bioszintézishez kapcsolodó gének expresszióját indukálja kontroll körülmények között (Gondor és mtsai, 2016 Front. Plant Sci. 7: 1447. 12 p.). Azt is kimutattuk, hogy a különböző SA kezelések különböző élettani és biokémiai változásokat okoznak a levelekben és gyökerekben (Gondor és mtsai, 2016 PLOS ONE 11(8): e0160157. 18 p.). Ezekre az eredményekre alapozva a jelen pályázat fő célja a SA hatásmechanizmusának jobb megértése, különös tekintettel a fenilpropanoid és fruktán anyagcserére. Ezek a komponensek fontosak az akklimációs folyamatokban és fontos élelmiszerminőségi vonatkozásaik is vannak, mint antioxidánsok vagy élelmiszerrostok. A munka egy részét izraeli együttműködésben végezzük rukkolán. Mivel a SA jelátvitel más hormonális működésekhez is kapcsolódik, ezért, hogy jobban megértsük ezeket a folyamatokat Rht géneket (mely gének DELLA/gibberellinsavhoz kapcsolódóak) tartalmazó búzafajták stressztűrését is tanulmányozzuk. Mindezek mellett a különböző SA formák és kezelések gyakorlati alkalmazásának lehetőségeit is vizsgáljuk.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Nemrég microarray vizsgálatunk során kimutattuk, hogy a külsőleg adagolt SA a fenilpropanoid útvonalhoz és a fruktán bioszintézishez kapcsolódó gének expresszióját indukálja kontroll körülmények között. Erre alapozva jelen pályázatban a következő kérdésekre keressük a választ: 1. Ahogyan hatnak a különböző SA kezelések a fenilpropanoid útvonalra gazdasági növényekben stresszkörülmények között. 2. SA kezelés hatásai a fruktánanyagcserére stresszkörülmények között (UV-B, hő- és hidegstressz). 3. A SA és NaSA hatásmódjának összehasonlítása stresszkörülmények között különböző gazdasági növényekben. 4. Annak a vizsgálata, hogy a növények genetikai és ökológiai variációi hogyan befolyásolják a változó környezethez történő akklimációs folyamatokat.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Mind elméleti, mind gyakorlati szempontból nagy jelentősége van azon anyagok vizsgálatának, melyek a gazdasági növények stresszérzékenységét csökkenteni képesek. A kísérletek fő célja, hogy jobban megértsük a növények válaszait bizonyos stresszfaktorokra. A szalicilsav fontos jelátvivő molekula, mely szerepet játszik a különböző akklimációs folyamatokban. Jelen kutatástól azt várjuk, hogy a kapott eredmények rávilágítanak azokra a folyamatokra, melyek befolyásolásával vagy hagyományos nemesítési módszerekkel, vagy biotechnológiai módszerekkel növelni tudjuk a növények stressztűrését. A tervezett munka értékes adatokat szolgáltathat a gazdasági növények jelátviteli folyamatairól, amely szintén alapul szolgálhat a jövőbeni nemesítési programoknak. A pályázat sikeres megvalósítása esetén a következő dolgokról kaphatunk értékes információkat: - a szalicilsav hatásmódjáról - a szalicilsav jelátvitel és egyéb hormonális folyamatok kapcsolatáról - a fenipropanoid anyagcsere vegyületeinek és a fruktánoknak a stresszakklimációs folyamatokban betöltött lehetséges szerepéről gazdasági növényekben - szalicilsav és rokonvegyületeinek alkalmazási módjairól a gyakorlati növénytermesztés számára. - Nemzetközi együttműködésben lehetőségünk van a rukkola természetes variánsainak vizsgálatára, melyek nagyon különböző klimatikus viszonyokhoz alkalmazkodtak. Ez a növény sok védővegyületet tartalmaz, mint pl. a flavonolok és antociánok, ezért jó modellnövény a fenilpropanoid anyagcsereút tanulmányozására. Mindemellett ígéretes salátanövény is, mely Magyarországon is egyre népszerűbb. - A pályázat “melléktermékeként”, mivel új, modern analitikai készülékeket tudunk használni (GC/MS TQ, GC/MS QTOF, UPLC/MS TQ, UPLC/MS QTOF és egy teljesen automatizált HPTLC rendszer) továbbfejlesztett és új analitikai módszerek is várhatóak.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A klímaváltozás miatt a növények gyakran extrém időjárási körülményeknek vannak kitéve, mely súlyos gazdasági veszteségeket okozhat. Mind elméleti, mind gyakorlati szempontból nagy jelentősége van azon anyagok vizsgálatának, melyek a gazdasági növények stresszérzékenységét csökkenteni képesek. Az elmúlt években számos bizonyíték gyűlt össze a szalicilsavnak (SA) az abiotikus stresszhatások során játszott szerepéről is. Nemrég microarray vizsgálatunk során kimutattuk, hogy a külsőleg adagolt SA a fenilpropanoid útvonalhoz és a fruktán bioszintézishez kapcsolodó gének expresszióját indukálja. Ezek a komponensek fontosak az akklimációs folyamatokban és fontos élelmiszerminőségi vonatkozásaik is vannak, mint antioxidánsok vagy élelmiszerrostok. A tervezett munka értékes adatokat szolgáltathat a gazdasági növények jelátviteli folyamatairól, amely alapul szolgálhat a jövőbeni nemesítési programoknak, ahol olyan növények kifejlesztése a cél, melyek képesek tolerálni a globális klímaváltozás negatív hatásait. Elsősorban, többet fogunk tudni a… - …a szalicilsav hatásmódjáról, mely magában foglalja a szalicilsavas jelátviteli és egyéb hormonális folyamatok kapcsolatának vizsgálatát is - …a fenipropanoid anyagcsere vegyületeinek és a fruktánoknak a stresszakklimációs folyamatokban betöltött lehetséges szerepéről gazdasági növényekben - …szalicilsav és rokonvegyületeinek alkalmazási módjairól a gyakorlati növénytermesztés számára.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Due to the climatic changes plants often have to face extreme weather conditions, which may lead to severe economic losses. Investigations on compounds capable of reducing the stress sensitivity of crops are of great importance from both the theoretical and practical points of view. In recent years abundant evidence has been amassed on the role of salicylic acid (SA) in abiotic stress effects. Based on our recent microarray study we have shown that the exogenously applied SA can induce the phenylpropanoid pathway and fructan biosynthesis at gene expression level under control conditions (Gondor et al, 2016 Front. Plant Sci. 7: 1447. 12 p.). Different SA treatments were also shown to induce different physiological and biochemical processes, with varying responses in the leaves and roots (Gondor et al., 2016 PLOS ONE 11(8): e0160157. 18 p.). Based on these results the major aims of the present proposal are the better understanding of the mode of action of SA, with a special regard of the phenylpropanoid pathway and fructan metabolism. These compounds are important in acclimation processes; and they also have important food quality aspects as antioxidants or dietary fibres. Part of these works will be carried out on rocket salad with an Israeli cooperation. Since the SA signalling is also connected with other hormonal actions; in order to better understand these cross-talk mechanisms, the stress tolerance of wheat genotypes carrying DELLA/gibberellic acid-related rht genes will also be tested. Due to its practical aspects the effects of different forms of SA and the different ways of applications will also be further investigated.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Based on our recent microarray study we have shown that the exogenously applied SA can induce the phenylpropanoid pathway and fructan biosynthesis at gene expression level under control conditions. In the present proposal the following main questions are addressed: 1. Investigation of the influence of different SA treatments on phenypropanoid metabolism during various stresses in crop plants. 2. Effects of SA treatment on fructan metabolism under stress conditions (high and low temperatures, UV-B) 3. Comparison of the mode of actions of SA and Na-SA during stresses in various crop plants 4. Investigation how genetic and ecological variations can influence the acclimation processes to the changing environment
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Investigations on compounds capable of reducing the stress sensitivity of crops are of great importance from both the theoretical and practical points of view. The main aim of the experiments is to obtain a better understanding of the responses of plants to certain stress factors. Salicylic acid is an important signalling molecule playing role in various acclimation mechanisms. Generally, it is expected that the results will make it possible to pinpoint processes that could be manipulated either by conventional plant breeding or using biotechnology to achieve more efficient improvements in plant stress tolerance. The completion of the program will provide valuable information about the stress signalling processes of crop plants, which may also serve basic information for future stress breeding programs. Successful completion of present proposal may provide valuable information about: - the mode of action of salicylic acid - cross-talk between salicylic acid signalling and other hormonal actions - the possible role of phenylpropanoid compounds and fructans in stress acclimation mechanism in crop plants - based on the international cooperation it is possible to study natural variations of rocket salad acclimated to very different environmental conditions. This plant is rich in protective compounds such as flavonols and anthocyanins; therefore it serves as a practical model plant to investigate the phenylpropanoid pathway; but it is also a promising salad plant and started to be very popular in Hungary, too. - application methods of salicylic acid and related compounds in practical plant production - as a “side product” using modern analytical systems (GC/MS TQ, a GC/MS QTOF, a UPLC/MS TQ, a UPLC/MS QTOF and a fully automated HPTLC), improved or newly developed analytical methods will also be expected.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Due to the climatic changes plants often have to face extreme weather conditions, which may lead to severe economic losses. Investigations on compounds capable of reducing the stress sensitivity of crops are of great importance from both the theoretical and practical points of view. In recent years abundant evidence has been amassed on the role of salicylic acid in stress effects. Based on our recent microarray study we have shown that the exogenously applied SA can induce the phenylpropanoid pathway and fructan biosynthesis. These compounds are important in acclimation processes; and they also have important food quality aspects as antioxidants or dietary fibres. The completion of the program will provide valuable information about the stress signalling processes of cereals, which may also serve basic information for future stress breeding programs, where the aim is to develop new varieties tolerating the negative impacts of the global climate change. Particularly, we will know more about - the mode of action of salicylic acid, including the cross-talk mechanisms between salicylic acid signalling and other hormonal actions - the possible role of phenylpropanoid compounds and fructans in stress acclimation mechanism in crop plants - application methods of salicylic acid and related compounds in practical plant production
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A különböző szalicilsav (SA) formák (sav illetve nátrium só) alkalmazása során azt tapasztaltuk, hogy a Na-szalicilát (NaSA) komplexebb védelmet nyújtott. Így a különböző alkalmazkodási módok kísérletsorozathoz már a NaSA-t használtuk a magáztatáshoz illetve a Brachypodium növények permetezéséhez. Megállapítottuk, hogy hőstressz alatt a kétféle alkalmazás különböző mechanizmusokat indíthat be és a permetezés fokozta bizonyos flavonoidok szintézisét már kontroll körülmények között is, melynek fontos szerepe lehet a stressz elleni védekezésben. Vizsgáltuk a fruktán metabolizmust is SA kezelés hatására, de sem normál, sem stresszkörülmények között nem tapasztaltunk különbséget. Ezért ehelyett egy SA származék, a S-metil-metionin-szalicilát hatásait vizsgáltuk, mely vegyületről megállapítottuk, hogy egyesíti az S-metil-metionin (SMM) és a SA kezelés előnyit és sokkal stabilabb molekula, mint az SMM. Vizsgáltuk a projekt keretében, hogy a törpeséget okozó Rht gének hogyan befolyásolják búza növények hidegtűrését. Megállapítottuk, hogy azonos genetikai hátterű növényekben a különböző Rht gének hatással vannak a hidegtűrésre, viszont különböző genetikai háttérnél a búzanövény genetikai háttere a döntő. Kontrollált körülmények között megvizsgáltuk Izraelből hozott mediterrán és sivatagi rukkolák stresszreakcióit is, s megállapítottuk, hogy a különböző ökotípusok azonos környezeti feltételek mellett is más védekezési folyamatokat indítanak be stressz hatására.
kutatási eredmények (angolul)
During the application of different salicylic acid (SA) forms (acid and sodium salt), we found that Na-salicylate (NaSA) provided more complex protection. Thus, for the series of experiments on different adaptation methods, we already used NaSA for seed soaking and for spraying Brachypodium plants. We found that under heat stress, the two types of application can trigger different mechanisms and the spraying increased the synthesis of certain flavonoids even under control conditions, which can play an important role in protection against stress. We also examined fructan metabolism after SA treatment, but we did not find any differences. Therefore, instead, we investigated the effects of an SA derivative, S-methylmethionine salicylate, which compound was found to combine the advantages of S-methylmethionine (SMM) and SA treatment and to be a much more stable molecule than SMM. In the framework of the project, we investigated how the Rht genes, which cause dwarfism, influence the cold tolerance of wheat plants. We found that in plants with the same genetic background, different Rht genes have an effect on cold tolerance, but with different genetic backgrounds, the genetic background of the wheat plant is decisive. Under controlled conditions, we also examined the stress reactions of Mediterranean and desert Eruca plants from Israel, and found that different ecotypes initiate different defense processes in response to stress even under the same environmental conditions.
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényélettani Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
