Investigating the role of small regulatory RNAs in temperature sensing in Arabidopsis  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101793
Type K
Principal investigator Szittya, György
Title in Hungarian A kis szabályozó RNS-ek hőmérséklet érzékelésben betöltött szerepének vizsgálata Arabidopsisban
Title in English Investigating the role of small regulatory RNAs in temperature sensing in Arabidopsis
Keywords in Hungarian kis szabályozó RNS, hőmérséklet érzékelés, új generációs szekvenálás, Arabidopsis, génexpresszió szabályozás
Keywords in English short RNA, temperature response, high throughput sequencig, Arabidopsis, regulation of gene expression
Discipline
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants Gyula, Péter
Sós-Hegedűs, Anita
Tombácz, István
Starting date 2012-01-01
Closing date 2016-11-30
Funding (in million HUF) 39.063
FTE (full time equivalent) 5.57
state closed project
Summary in Hungarian
A növények növekedését és fejlődését leginkább meghatározó környezeti tényező a fény és a hőmérséklet. Emiatt a jelenlegi klímaváltozás komoly hatással lehet mind a vadonélő, mind a termesztett növényekre. A növények alkalmazkodása a szélsőséges hőmérsékleti viszonyokhoz (stress válaszok) viszonylag jól tanulmányozottak, de az, hogy miként érzékelik a környezetük hőmérsékletét alig ismert. Az elmúlt év egyik legfontosabb növénybiológiai felfedezése volt, hogy a kromatin összetétel megváltozásának szerepe van a hőmérséklet érzékelésében.
Az utóbbi években felfedezett 21-24 nt hosszúságú kis szabályozó RNS-ek (sRNS) nagyon fontos szerepet töltenek be az eukarióta génműködés szabályozásában. Mivel a sRNS-ek fontos kromatin állapot szabályozók is a növényekben, feltételezhető hogy szerepük lehet a hőmérséklet érzékelésben és az arra adott fiziológiás válaszokban is. Erre utal egy korábbi eredményünk is, ahol leírtuk, hogy a víruseredetű sRNS-ek mennyisége a környezet hőmérséklete által szabályozott és ezáltal komoly hatása van a vírus-növény kölcsönhatásra. Melegben (27 °C) ugyanis, sok víruseredetű sRNS képződik a fertőzött növényekben és ez a vírusmennyiség nagymértékű csökkenéséhez illetve vírusrezisztenciához vezet. Hipotézisünket, hogy az sRNS-ek részt vesznek a hőmérséklet érzékelésében illetve a hatására létrejövő génexpressziós változások szabályozásában genomikai módszerekkel és sRNS biogenezis mutánsok felhasználásával szeretnénk megvizsgálni az Arabidopsis model növényben. Munkánk segíteni fog az sRNS-ek hőmérséklet érzékelésben és a hatására létrejövő gén működésbeli válaszok szabályozásának a megértésében. Az itt szerzett ismeretek továbbá a segítségünkre lehetnek a termesztett növények növénynemesítési programjaiban is.
A tervezett kutatás nemzetközileg versenyképes és hosszú távú alapját képezik Szittya Gy. az MBK-ban most induló "Növényi Epigenetika" csoport programjának, ami az sRNS-ek epigenetikai szabályozásban betöltött szerepét vizsgálja a növény környezeti adaptációja során.
Summary
Temperature and light are the most important environmental factors regulating plant growth and development. Therefore, current climate change represents a significant threats to wild plants and agricultural production. Plant responses to extreme temperature (stress-conditions) are intensively studied but very little is known about how the ambient temperature signal is perceived and integrated into gene expression. Last year in a breakthrough paper it was shown that chromatin state is an important mediator of thermosensory response in plants.
The 21-24 nt small regulatory RNAs (sRNA) have been recently recognised as important regulator of development, biotic stress responses and environmental adaptations in eukaryotes. Since, they are also important chromatin regulators in plants, it is plausible to hypothesize that plant sRNAs are involved in ambient temperature sensing and response. Indeed, we have already proven that the accumulation of virus-derived sRNAs is regulated by temperature and that changes in temperature can dramatically alter the outcome of plant-virus interactions. At high temperature (27 °C ) virus-derived sRNAs are abundant leading to resistance even against highly pathogenic viruses. To test our hypothesis that sRNAs are involved in the regulation of ambient temperature sensing and response, we propose a concerted effort to use both next generation sequencing and analysis of sRNA biogenesis mutants, to globally identify expressional changes of sRNAs in response to temperature alterations at the genomic level in the model plant Arabidopsis. This project will help to understand the role of sRNAs in temperature perception and to evaluate their role in regulating gene expression responses to temperature changes. Understanding the molecular mechanisms of ambient temperature response of sRNAs in Arabidopsis can be adapted to crop species and used in future breeding programs.
This program will be carried out in the newly founded “Plant epigenetics” group of Agricultural Biotechnology Center led by G.Szittya. The success of this program could significantly contribute to our understanding about the role of sRNAs in the epigenetic memory of plants.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A növények számára elengedhetetlenül fontos hogy folyamatosan érzékeljék és alkalmazkodjanak a változó környezetükhöz, mivel képtelenek helyváltoztatásra. Így folyamatosan monitorozzák környezetüket és a környezeti jeleknek megfelelően képesek a génexpressziójukat és ennek megfelelően a fejlődésüket plasztikusan úgy alakítani, hogy az a lehető legoptimálisabb alkalmazkodást biztosítsa számukra. A 21-24 nt hosszúságú kis szabályozó RNS-ek (sRNS) nagyon fontos szerepet töltenek be a génműködés szabályozásában és ez által kulcsfontosságúak az egyedfejlődésben. Munkánk során, összehasonlító genom szintű sRNS és mRNS analízissel azonosítottunk a hőmérsékletérzékelésben/válaszban részt vevő sRNS-eket és az általuk szabályozott géneket. A létrehozott sRNS könyvtárakban bioinformatikai módszerekkel azonosítottunk 28 miRNS családot és 387 különböző miRNS-t továbbá a miRNS-ek által targetált mRNS (degradome) könyvtárakban 187 miRNS-nek találtuk meg az általa poszt-transzkripcionálisan szabályozott target mRNS-ét. Megállapítottuk, hogy a miR169 család ambiens hőmérséklet által szabályozott. Alacsony ambiens hőmérsékleten a magasabb miR169 szint alacsony szinten tartja az NF-YA2-t mRNS-t. Az NF-Y komplex, a virágzási útvonalak integrátor génjének, a SOC1 promóter szabályzó elemeihez kapcsolódva szabályozza a virágzási válaszokat. Így a miR169 az ambiens hőmérsékleti jelek közvetítésével befolyásolhatja a virágzási időt induktív fotoperiódus esetén.
Results in English
To profile changes in temperature regulated mRNA and sRNA expression, we have grown A. thaliana Col-0 plants at 15, 21 or 27 °C. We used Illumina sequencing platform followed by computational methods to identify, profile and describe the expression pattern of sRNAs during different ambient temperature conditions. We also identified sRNA cleaved mRNAs through genomic-scale degradome sequencing. During our analysis we found many sRNA loci with temperature dependent expression pattern and most of them were located in transposons or intergenic regions. We identified 28 miRNA families and 378 different miRNA sequences and 187 miRNA/cleavage target pairs using degradome libraries. We identified the mRNAs that were cleaved by the temperature regulated miRNAs. Among the experimentally identified targets we found significant enrichment for the GO terms of nucleic acid binding, and transcription factor activity. These findings may suggest that the temperature regulated miRNAs serves as master regulators in temperature dependent gene expression regulation. One of the temperature regulated miRNAs belongs to the miR169 family. The NF-YA2 component of the SOC1 regulating NF-Y TF complex is regulated by miR169h-n. The SOC1 floral pathway integrator triggers the floral transition during plant development under environmental conditions that are favourable for reproduction. Based on our work we propose that miR169h-n could mediate ambient temperature signals to modify flowering time via SOC1.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101793
Decision
Yes





 

List of publications

  
Szittya,G., Moxon, S., Mohorianu, I., Csorba, T., Cano, L., Kamoun, S., Moulton, V., Eshed, Y. and Dalmay, T.: Evolution of trans-acting siRNA producing genes in plants, Abstracts of papers presented at the LXXVII Cold Spring Harbor Symposium on Quantitative Biology, 2012
Sos-Hegedus, A., Baksa, I., Salamon, P., Nemes, K., Salanki, K., Szittya, G.: Analyisis of virus induced leaf developmental abnormalities in tomato, Green viruses, from gene to landscape, EMBO Workshop2013, Programme and Abstracts book, 2013
Szittya, G., Burgyán, J.: RNA interference-mediated intrinsic antiviral immunity in plants, Curr Top Microbiol Immunol. 2013;371:153-81. doi: 10.1007/978-3-642-37765-5_6., 2013
Baksa I., Nagy T., Barta E., Havelda Z., Silhavy D., Burgyán J., Szittya Gy.: Identification of the Nicotiana benthamiana transcriptome, small RNAs and their targets by high-throughput sequencing, Fiatal Biotechnológusok Országon Konferenciája (FIBOK 2014), Szeged, 2014. március 7., Program és összefoglalók 18. oldal, 2014
Baksa I., Nagy T., Havelda Z., Silhavy D., Burgyán J., Barta E., Szittya G.: Nicotiana benthamiana kis RNS profiljának elemzése bioinformatikai módszerekkel, Fiatal Kárpátaljai Kutatók X. Konferenciája, Beregszász, 2014. május 17., 2014
Baksa I, Nagy T, Barta E, Havelda Z, Silhavy D, Burgyán J, Szittya Gy: IDENTIFICATION OF THE TRANSCRIPTOME, SMALL RNA PATTERN AND THEIR TARGETS IN A MODEL PLANT BY HIGH-THROUGHPUT SEQUENCING, Biokémia, XXXVIII évfolyam 3. szám, 58. oldal, P-2, 2014
Baksa, I., Mohorianu, I., Dalmay, T., Szittya G.: The role of small RNAs in ambient temperature sensing in plants, Danube Scientific Conferences on Epigenetics, Budapest, 2014. november 19-21., Programme and Abstracts book, 2014
Ivett Baksa, Tibor Nagy, Endre Barta, Zoltán Havelda, Éva Várallyay, Dániel Silhavy, József Burgyán, György Szittya: Identification of Nicotiana benthamiana microRNAs and their targets using high throughput sequencing and degradome analysis., BMC Genomics 2015, 16:1025. doi: 10.1186/s12864-015-2209-6., 2015
Ivett Baksa, Irina Mohorianu, Tamás Dalmay, György Szittya: Small regulatory RNAs in response to ambient temperature sensing in Arabidopsis, Hungarian Molecular Life Sciences, Eger, 2015.03.27-29; Programme & Book of abstracts page 60., ISBN 978-615-5270-15-4, 2015
Ivett Baksa, Péter Gyula, Irina Mohorianu, Tamás Dalmay, György Szittya.: Profiling of short RNAs and their target mRNAs during different ambient temperatures in Arabidopsis., Big Roles for Small RNAs. Small RNA Biology Meeting. University of East Anglia, Norwich, UK. 29 June, 2016
Ivett Baksa, Péter Gyula, Irina Mohorianu, Tamás Dalmay, György Szittya.: Small RNA-based regulation during temperature adaptation in Arabidopsis., 2nd Danube Conference on Epigenetics, Budapest, 5-9 October, 2016
Ivett Baksa, Gyorgy Szittya: Identification of ARGONAUTE/small RNA cleavage sites by degradome sequencing, “Plant Argonaute Proteins” in Methods in Molecular Biology (Springer) - under review, 2017




 

Events of the project

  
2016-07-06 07:34:20
Résztvevők változása
2015-08-11 10:14:57
Résztvevők változása
2014-01-02 14:58:28
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).
2012-05-15 13:13:26
Résztvevők változása



Back »