Búza glutenin alegységfehérjék molekuláris és funkcionális tulajdonságainak vizsgálata sikérmentes környezetben
Title in English
Studying the protein-protein interactions and functional properties of the wheat storage proteins in a gluten free model system
Keywords in Hungarian
búza tartalékfehérje, fehérje kölcsönhatás, sikér, funkcionális tulajdonság, transzgénikus növény
Keywords in English
wheat storage protein, protein interaction, gluten, functional properties, bread making quality, transgenic plant
Discipline
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
85 %
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)
15 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Department of Plant Physiology and Molecular Plant Biology (Eötvös Loránd University)
Starting date
2012-03-01
Closing date
2016-03-31
Funding (in million HUF)
19.894
FTE (full time equivalent)
3.49
state
closed project
Summary in Hungarian
A pályázat célja a búza glutenin tartalékfehérjék pontosabb, szélesebb körű megismerése. Ehhez a rizst választottuk, ami olyan sikérmentes környezetet biztosít, ahol az alapliszt fehérjéi nem befolyásolják az eredményeket. Vizsgáljuk a búza sikér kialakulásában résztvevő kölcsönhatásokat, a búza glutenin alegységfehérjék hatását a rizstészta funkcionális tulajdonságaira in vitro rekonstrukciós kísérletekben, illetve a búzafehérjék in vivo expressziójával a különböző transzgénikus növényekben. Egy japán kutatócsoport által rendelkezésünkre bocsájtott transzgénikus rizsvonalak keresztezésével új, több HMW glutenin alegységet termelő vonalakat kaphatunk, melyek több információt szolgáltathatnak a búza tartalékfehérjék közötti kölcsönhatásokról. A munka során több információt kaphatunk arról, hogy a búza promóter hogyan szabályozza a gén transzkripcióját a rizs endospermiumban. A búza HMW és LMW glutenin alegységek közötti intermolekuláris kölcsönhatások vizsgálatainak eredménye teljesen új információkat hozhat, mivel nem búza háttérben tanulmányozzuk őket. A transzgénikus rizsnövényben a diszulfidhidak kialakulásához nem szükséges más kölcsönhatás, enzim jelenléte, így megbízható információkat adhatnak. A projekt nemzetközi együttműködést tesz lehetővé a gabonafélék, illetve a búza tartalékfehérjék reológiai vizsgálatában. A kutatási program megvalósításába diplomamunkát és TDK dolgozatot készítőket is bevonunk. Mivel a rizs fontos a gabona okozta allergiás betegségben szenvedők számára, ezért az új fehérje-összetételű rizs néhány év múlva alternatív élelmiszer alapanyag lehet a prolaminokra nem allergiás betegek számára.
Summary
The aim of this project is to expand our knowledge on the structure-function relationship of wheat gluten proteins. Rice was chosen as a model system, because it doesn’t contain any wheat flour proteins. These proteins can influence the results when they are studied in wheat base flour. We are going to study the role of the protein interactions in wheat gluten formation and the effect of the wheat glutenin subunit (GS) proteins on the functional properties of the dough by in vitro chemical incorporation and by in vivo expression of the wheat GS proteins in different transgenic rice lines. By crossing of different transgenic rice lines provided by a Japanese research group, we can get new rice lines giving better information about the interaction between the wheat storage proteins. We propose to investigate the transcription of the gene of interest in the transgenic rice endosperm, controlled by wheat tissue specific promoter. The research about inter-chain disulphide bond formation between wheat HMW and LMW glutenin subunit proteins gives substantially new information. The disulphide bonds appeared in transgenic plant provides reliable information, because their formations don’t need other interaction, or enzyme. This project gives a chance for international cooperation in functional studies of cereals and in term of proteomic of rice proteins. Students doing research for their thesis or are involved in TDK work will take part in the project. The transgenic rice plants with new protein composition within a few years could lead to an alternative source of raw material for those who suffer from allergy cased by other proteins than wheat prolamins.
Final report
Results in Hungarian
Az OTKA pályázat keretében javaslatot tettünk egy korábbi OTKA (T-46703) pályázat során kidolgozott modell rendszer felhasználására reológiai kutatásokban, mellyel búza tartalékfehérjék funkcionális tulajdonságait tudjuk tanulmányozni nem búzaliszt alapú háttérben.
Célunk eléréséhez a rizst választottuk, ami olyan sikérmentes környezetet biztosít, ahol az alapliszt fehérjéi nem befolyásolják az eredményeket. Vizsgáltuk a búza glutenin alegységfehérjék hatását a rizstészta funkcionális tulajdonságaira tészta rekonstrukciós kísérletekben. Itt a búzafehérjék olyan hatását is megfigyeltük, melyek korábban rejtve maradtak. Mikroszkóp segítségével vizuálisan is nyomon követtük az analóg búzafehérjék beépülését a rizstészta polimerfehérje szerkezetébe.
Emellett újabb búzafehérjék rizs endospermiumban történő expressziójával új transzgénikus rizsnövényeket hoztunk létre. Egy japán kutatócsoport által rendelkezésünkre bocsájtott transzgénikus rizsvonalak keresztezésével új, több glutenin alegységet termelő vonalakat is előállítottunk.
A munka során tanulmányoztuk, hogy a búza promóter hogyan szabályozza a búza fehérjéket kódoló transzgének expresszióját a rizs endospermiumban. Továbbá megfigyeltük a búzafehérjék hatást a polimerfehérjék méreteloszlására is.
Mivel a rizs tápanyag a fontos a prolaminok okozta allergiás betegségben szenvedők számára, ezért a legújabb kutatások szerint az új fehérje-összetételű rizs alternatív élelmiszer alapanyag lehet ezen betegek számára.
Results in English
We proposed to use a model system developed in our previous OTKA (T-46703) supported project to study the structure and function of various glutenin type wheat storage proteins in a gluten free background.
To achieve this goal, we used rice flour as a model system, because it provides several advantages over the wheat flour. Dough reconstitution studies were carried out when the effects of the incorporated wheat storage proteins on the dough rheological properties were observed. The polymer protein distribution of the dough after wheat protein incorporation was also studied. By monitoring the effects of incorporation, the contribution of direct and interactive type of effects which are unknown and hidden could be observed. The incorporation of analogue wheat proteins into the rice polymer protein matrix were visually observed by laser and light microscope as well.
In addition to functional studies we manged to cross our transgenic rice lines expressing 1Dx5 HMW-GS protein with rice transformed with other wheat prolamin proteins coding genes individually and simultaneously, kindly provided by a research group from Japan. The gene expression of transgenes under the control of wheat promoters were also studied in transgenic rice endosperm.
Rice is an important food for the people suffering from gluten intolerance, according the latest studies these new types of rice could be suitable for these people in the future.
Polya S, Vagi L, Tomoskozi S, Bekes F, Tamas L, Oszvald M: HMW-GS ANALOGUE PROTEINS ALTER THE POLYMER MATRIX STRUCTURE OF RICE DOUGH, Plant Biotechnology: Green for Good III " Conference, Czech Republic, 2015
Oszvald M, Balázs G, Pólya S, Tömösközi S, Appels R, Békés F, Tamás L: Wheat storage proteins in transgenic rice endosperm, J AGR FOOD CHEM 61: (31) 7606-7614, 2013
Oszvald M, Tamas L, Shewry PR, Tosi P: The trafficking pathway of a wheat storage protein in transgenic rice endosperm., ANN BOT-LONDON 113: (5) 807-815, 2014
Oszvald M, Balázs G, Tömösközi S, Békés F, Tamás L: The interactive effects of wheat storage proteins in a gluten free model system, In: Zhonghu He, Daowen Wang Proceedings 11th International Gluten Workshop. México: D.F.: CIMMYT, 2013. pp. 62-66., 2013
Oszvald M, Tamás L, Shewry PR, Tosi P: The trafficking of wheat prolamins in rice endosperm, In: Zhonghu He, Daowen Wang Proceedings 11th International Gluten Workshop. México: D.F.: CIMMYT, 2013. pp. 38-42., 2013
Pólya Sára, Balázs Gábor, Békés Ferenc, Tamás László, Oszvald Mária: Búza glutenin alegységfehérjék molekuláris és funkcionális vizsgálata, Összefoglaló XX. Növénynemesítési Tudományos Nap, 2014
Sára Pólya, Gábor Balázs, Sándor Tömösközi, Ferenc Békés, László Tamás, Mária Oszvald:: The effects of wheat glutenin subunits on the functional properties of rice dough, Advances in Plant Breeding and Biotechnology Techniques, Összefoglaló, 2014
Oszvald M, Balázs G, Pólya S, Tömösközi S, Appels R, Békés F, Tamás L: Wheat storage proteins in transgenic rice endosperm, J AGR FOOD CHEM 61: (31) 7606-7614, 2013
Oszvald Mária, Balázs Gábot, Tömösközi Sándor, Békés Ferenc, Tamás László: A BÚZA TRATALÉKFEHÉRJÉK VIZSGÁLATA SIKÉRMENTES KÖRNYEZETBEN, Növénynemesítési Napok Összefoglalók, 2012
M. OSZVALD, G. BALAZS, S. TÖMÖSKÖZI, F. BÉKÉS,: Study the interactive effects of the wheat storage proteins in gluten free model system, X. International Glutren Workshop, 2013
