Physiological and molecular hallmarks of a novel, basal defense-like disease resistance  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101271
Type K
Principal investigator Ott, Péter G.
Title in Hungarian Egy új, általános védekezéshez hasonló betegség ellenállóság élettani és molekuláris sajátosságai
Title in English Physiological and molecular hallmarks of a novel, basal defense-like disease resistance
Keywords in Hungarian betegség ellenállóság, általános védekezés, bakteriális kórokozó, nekrózis, transzkriptomika, proteomika, jelátvitel, növénynemesítés, sejtfal
Keywords in English disease resistance, basal defenses, bacterial pathogen, necrosis, transcriptomics, proteomics, signal transduction, plant breeding, cell wall
Discipline
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Ortelius classification: Crop protection
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Plant Protection Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants Balogh, Gábor
Bánáti, Hajnalka
Barna, Balázs
Besenyei, Eszter
Bognár, Farkas Gábor
Bozsó, Zoltán
Farkas, Roxana
Krüzselyi, Dániel
Mergenthaler, Emese
Orosz, Gyula
Szatmári, Ágnes
Viczián, Orsolya
Starting date 2012-04-01
Closing date 2017-03-31
Funding (in million HUF) 39.000
FTE (full time equivalent) 14.21
state closed project
Summary in Hungarian
KUTATÁS ALAPKÉRDÉSE, PROBLÉMA, HIPOTÉZIS. Egyre nő az igény a környezetbarát növénytermelés iránt, melynek meghatározó elemei a betegség ellenálló növényfajták. A főleg hiperszenzitív reakción (HR) alapuló rezisztencia nemesítés hátránya a specifikusság ill. a mikrobiális elicitor (az avirulencia faktor) változása miatti törékenység. Két nekrózis mentes védekezés, az általános védekezési rendszer (GDS) és az általános rezisztencia (BR), mentesek ezen hátrányoktól, mivel széles elicitor spektrum váltja ki őket. A GDS egygénes öröklődésű, már több paprikafajtában védelmet nyújt többféle kórokozó ellen, és egy korábban ismeretlen, sejtburjánzásos fenotípussal jár. A GDS-t molekulárisan még nem jellemezték. Az ősi védekezési válaszforma, az általános rezisztencia (BR) újabban élénk alapkutatás tárgya volt, azonban ez még nem hozott nemesítők számára használható eredményt. A GDS és a BR feltűnő hasonlósága alapján hipotézisünk az, hogy a GDS lényegében a BR egy rendkívül erős formája. A KUTATÁS ÖSSZEFOGLALÓJA, CÉLKITŰZÉSEI. Célunk a GDS kulcsmechanizmusainak feltárása, a BR-éval való összehasonlítás révén, hogy mindkettőt mélyebben megértsük. Ehhez genomikai és proteomikai megközelítést, valamint biokémiai és élettani elemzéseket végzünk, GDS-t tartalmazó és nem tartalmazó, elsősorban kettős haploid növényeken. Figyelmet fordítunk a jelátvitelre és a sejtfal-alapú védekezésre. A GDS rezisztencia-képességét a bakteriális kórokozók virulencia- és stressz-kapcsolt folyamatainak követésén keresztül is megbecsüljük. A vizsgálatokat úgy választottuk, hogy a BR-val kapcsolatos ismereteink is bővüljenek. A KUTATÁS JELENTŐSÉGE. Az eredmények betekintést adnak majd abba az újszerű mechanizmusba, mellyel a GDS növények védekeznek, és hogy ez hogy viszonyul a BR-hez. Mindez javítja majd a nemesítői gyakorlatot, mely nem csak megtartani, hanem erősíteni, sőt átvinni is célozhatja a GDS-szerű tulajdonságokat. Eszközt kaphatunk, mellyel növelhetjük a növényi betegség ellenállóság tartósságát. Másik oldalról, a BR kutatások lökést kapnak egy új, hatékony biológiai modell formájában, mind az elmélet, mind gyakorlat irányába. A tervezett munka két magyar hagyományt ötvöz, az indukált rezisztencia alapkutatását és a GDS rezisztencia nemesítést.
Summary
RESEARCH PROBLEM, HYPOTHESIS. The societal demand is growing for environment-friendly plant production, the key elements of which are disease resistant crops. Resistance breeding usually based on hypersensitive response (HR) of plants often suffers from exclusive specificity and frangibility by a potential change of the microbial elicitor (avirulence factor). The general defense system (GDS) and basal resistance (BR), both being non-necrotic, are devoid of these problems as they are evoked by a wide array of elicitors. GDS is monogenic and confers protection against diverse diseases already in several cultivars of pepper, featuring a previously unknown cell proliferation phenotype. GDS has not been characterized by molecular studies. Basal resistance (BR) is an ancient form of defense response and recently has been subject of intense basic research which, however, has not yielded practicable results for breeders. Based on their high similarity, our hypothesis is that GDS is essentially a BR form driven at an exceptionally high intensity. SUMMARY OF PROPOSED RESEARCH, KEY GOALS. We aim at determining key mechanisms of GDS by comparing it to that of BR, to gain a deeper understanding for both. Thereby genomic and proteomic approaches as well as biochemical and physiological analyses shall be taken, primarily using doubled haploid plants harboring or lacking GDS. Attention shall be paid to signal transduction and cell wall-based defenses. The resistance potential of GDS shall be assessed by following virulence- and stress-associated processes in bacterial pathogens. The studies are chosen to give additional details to our knowledge on BR too. SIGNIFICANCE OF RESEARCH. Results shall provide insights about the novel mechanism how GDS plants resist disease and how this relates to BR. This shall lead to an improved breeding practice that can aim not just to retain but also to increase and even transfer the GDS-like properties. This will give us tools to breed plants with more durable disease resistance. On the other hand, research on basal resistance will get new impetus in the form of a novel, effective biological model, with both theoretical and practical benefits. The planned work merges two lines of Hungarian tradition, basic research on induced resistance and GDS resistance breeding.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Ez a munka a GDS-re mint új típusú betegség rezisztencia mechanizmusra keres válaszokat. Módszereiben a prekoncepció nélküli 'omikai' megközelítés a jellemző és az alapvető megfigyelésektől a részletes, nagy adathozamú molekuláris vizsgálatokig terjed. A tünetek elemzése a GDS elkülönülésére engedett következtetni az alap rezisztenciától (PTI). RNS szekvenálás révén kiderült, hogy Xanthomonas fertőzés nyomán a paprika gének több, mint negyede reagál; hogy ez a változás többnyire génaktivitás csökkenést jelent; s hogy a GDS egy korai és dinamikus transzkripciós válasszal jár. Néhány, megváltozott átírású gén csendesítése változást hozott fenotípusban vagy baktérium-gátló hatásban. Az extracelluláris proteom a transzkriptomnál élénkebben reagált a baktérium jelenlétére, 1 nap után már gyökeres különbségekkel GDS és érzékeny növény között. A GDS különbözőségét a PTI-tól a baktérium populáció vizsgálat megerősítette és megmutatta, hogy bár a GDS baktérium gátló, a kórokozó és gazda között tartós egyensúlyi helyzet alakulhat ki. A baktérium génaktivitás elemzés szerint a PTI gátolta, míg a GDS serkentette a kórokozásért felelős gének kifejeződését, és a baktériumot inkább érte oxidatív, mint ozmotikus stressz a GDS növényben. A metabolomikai vizsgálatok módszertani fejlesztéseket hoztak a növényi antibakteriális anyagok kimutatásában és meghatározásában, de a paprika maga ilyen téren szegényesnek bizonyult. Egyik, GDS-től független?? baktérium gátló anyagának a linolsav bizonyult.
Results in English
This work seeks answers about GDS, a novel type of resistance mechanism. Its methods are characterised by the 'omics' approach that lacks preconceptions, and range from the basic observations to the high-throughput, data-rich molecular analyses. Observation of the symptoms allowed inferences about distinction of GDS from basal resistance (PTI). RNA sequencing made it clear that more than a quarter of the pepper genes respond to infection by Xanthomonas; that this means mainly reduction in gene activity; and that GDS comes with an early and dynamic transcriptional response. Silencing of some of these responsive genes influenced the plant phenotype or its ability to inhibit bacteria. The extracellular proteome was even more affected by presence of the bacteria than the transcriptome, with GDS plants greatly differing from susceptible ones after 1 day. A bacterial population study substantiated the distinction of GDS from PTI and showed that although GDS inhibited bacteria, a long-standing equilibrium can ensue between pathogen and host. According to results of bacterial gene activity measurements, PTI hindered expression of pathogenicity genes while GDS stimulated them; and bacteria rather suffered oxidative than water stress in GDS plants. Metabolomics studies brought development of methods for detection and identification of plant antibacterial compounds, although pepper was found poor in such compounds. One of them was established as linoleic acid.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101271
Decision
Yes





 

List of publications

  
Horváth Gy, Kocsis B, Lemberkovics É, Böszörményi A, Ott PG, Móricz ÁM: Detection of antibacterial activity of essential oil components by TLC-bioautography using luminescent bacteria., JPC - JOURNAL OF PLANAR CHROMATOGRAPHY - MODERN TLC 26: 114-118, 2013
Mincsovics E, Ott PG, Alberti Á, Böszörményi A, Héthelyi ÉB, Szôke É, Kéry Á, Lemberkovics É, Móricz ÁM: In-Situ Clean-Up and OPLC Fractionation of Chamomile Flower Extract to Search Active Components by Bioautography, JPC - JOURNAL OF PLANAR CHROMATOGRAPHY - MODERN TLC 26:172-179, 2013
Lenka Burketová, Lucie Trdá, Peter G Ott, Olga Valentová: Bio-based resistance inducers for sustainable plant protection against pathogens, BIOTECHNOL ADV in press: , 2015
Móricz Á M, Horváth Gy, Ott P G: Direct Bioautographic Detection of Antibacterial Components of Clary Sage and Spearmint Essential Oils, J PLANAR CHROMATOGR MOD TLC 28: (2) 173-177, 2015
Szatmari A, Zvara A, Moricz AM, Besenyei E, Szabo E, Ott PG, Puskas LG, Bozso Z: Pattern Triggered Immunity (PTI) in Tobacco: Isolation of Activated Genes Suggests Role of the Phenylpropanoid Pathway in Inhibition of Bacterial Pathogens, PLOS ONE 9: (8) , 2014
Bognár FG,Ott PG, Móricz AM: International Symposiumfor Thin-Layer Chromatography, Lyon, July 2014., http://www.hptlc.com, 2014
Bozsó Z, Ott PG, Kámán-Tóth E, Bognár GF, Pogány M, Szatmári Á: Overlapping yet response-specific transcriptome alterations characterize the nature of tobacco-Pseudomonas syringae interactions, FRONT PLANT SCI 7: , 2016
Ágnes M Móricz, Péter G Ott: Direct Bioautography as a High-Throughput Screening Method for the Detection of Antibacterial Components from Plant Sources, J AOAC INT 98: (4) 850-856, 2015
Móricz Á M, Häbe T T, Böszörményi A, Ott P G, Morlock G E: Tracking and identification of antibacterial components in the essential oil of Tanacetum vulgare L. by the combination of high-performance thin-layer chromatography with direct bioautography and mass spectrometry, J CHROMATOGR A 1422: 310-317, 2015
Móricz ÁM, Krüzselyi D, Alberti Á, Darcsi A, Horváth G, Csontos P, Béni S, Ott PG: Layer chromatography-bioassays directed screening and identification of antibacterial compounds from Scotch thistle, J Chromatogr A pii: S0021-9673(17)31441-3. doi: 10.1016/j.chroma.2017.09.062, 2017
Moricz AM, Ott PG: Screening and characterization of antimicrobial components of natural products using planar chromatography coupled with direct bioautography, spectroscopy and mass spectrometry: a review, Current Organic Chemistry 2017 21:1861-1874 doi: 10.2174/1385272821666170127154900, 2017
Krüzselyi D, Bozsó Z, Csilléry G, Szarka J, Bognár GF, Ott PG: Two non-necrotic disease resistance types distinctly affect expression of key pathogenic determinants of Xanthomonas euvesicatoria in pepper., In: Ertsey-Peregi K et al. (Eds): Proc. XVIth EUCARPIA Capsicum and Eggplant Working Group Meeting, 12-14 September, 2016, Kecskemét, Hungary, pp. 559-563., 2016
Dániel Krüzselyi, Róbert Nagy, Péter G Ott, Ágnes M Móricz: Rapid, Bioassay-Guided Process for the Detection and Identification of Antibacterial Neem Oil Compounds, J CHROMATOGR SCI 54: (7) 1084-1089, 2016
Móricz Ágnes M, Ott Péter G, Alberti Ágnes, Böszörményi Andrea, Lemberkovics Éva, Szőke Éva, Kéry Ágnes, Mincsovics Emil: Applicability of Preparative Overpressured Layer Chromatography and Direct Bioautography in Search of Antibacterial Chamomile Compounds, J AOAC INT 96: (6) 1214-1221, 2013




 

Events of the project

  
2017-03-27 14:38:29
Résztvevők változása
2016-10-04 14:07:25
Résztvevők változása
2016-07-19 15:28:29
Résztvevők változása
2015-09-07 14:22:43
Résztvevők változása
2013-05-30 17:41:47
Résztvevők változása



Back »