Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants
Balázs, Ervin Gondor, Orsolya Kinga Janda, Tibor Kovács, Viktória Majláth, Imre Pál, Magda
Starting date
2013-01-01
Closing date
2017-08-31
Funding (in million HUF)
22.122
FTE (full time equivalent)
5.70
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Alapvető jelentőségű, hogy megértsük, a növények miként érzékelik a környezetből származó jeleket és ezeket hogyan továbbítják a sejtek felé, hogy beindítsák a védekezést a károsító hatások ellen. Kísérletek során felmerült, ahol a fény szerepét nézték hidegedzés alatt őszi búzában, hogy a fagytűrés mértéke nem csak az edzési hőmérséklettől, hanem a fénytől is: az alacsony hőmérsékleti edzés sokkal eredményesebb volt normál megvilágítás mellett, míg normál hőmérsékleten is sikerült elérni egy kisebb mértékű fagytűrést magasabb fényintenzitással. Ennek ellenére a pontos mechanizmusa a fénynek az edzettség kialakulásában még ma sem ismert. Jelen pályázat fő célja, hogy jobban megértsük a fény szerepét a stressztolerancia kialakulásában. A megválaszolandó kérdések: 1) Egyes gének fényfüggésének jellemzése a hidegtűrés kialakulásában. 2) Mennyire fontos a fény minősége a hidegedzés során? 3) A fény szerepe a különböző stresszorokhoz való alkalmazkodásban gabonafélékben. 4) A fény szerepe az alacsony hőmérsékleti akklimatizáció során a hidegérzékeny kukoricanövényekben.
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. A genetikai háttér mellett a környezeti tényezők is meghatározó szerepet játszanak a stressztolerancia kialakításában. Már évtizedek óta ismert, hogy fény hiányában az alacsony hőmérséklet önmagában nem képes megfelelő mértékű edzettséget kiváltani az őszi gabonafélékben. Ennek ellenére a pontos mechanizmusa a fénynek az edzettség kialakulásában még ma sem ismert. Jelen pályázat fő célja, hogy jobban megértsük a fény szerepét a stressztolerancia kialakulásában. Nem csak a fény hiányának illetve az erőssége által kiváltott hatásokat kívánjuk tanulmányozni a hidegedzés alatt, hanem a fény minőségének befolyását is a fagytűrés kialakulására. A kutatások négy témacsoportot ölelnek fel, melyek segítenek a téma jobb megértésében: 1) Egyes gének fényfüggésének jellemzése a hidegtűrés kialakulásában. 2) Mennyire fontos a fény minősége a hidegedzés során? 3) A fény szerepe a különböző stresszorokhoz való alkalmazkodásban gabonafélékben. 4) A fény szerepe az alacsony hőmérsékleti akklimatizáció során a hidegérzékeny kukoricanövényekben.
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! Előzetes eredményekből világosan látszik, hogy a fénynek fontos szerepe van a stresszhez kötődő jelátvitelben az adaptáció során. A kísérletek fő célja, hogy a bizonyos stresszfaktorokra adott válaszokat jobban megértsük. Várhatóan a kapott eredmények segítségével meghatározhatjuk azokat a folyamatokat, melyeket hagyományos nemesítés illetve biotechnológia módszerek segítségével megváltoztatva hatékonyabban tudjuk növelni a növények stresszekkel szembeni ellenállóságát. A tervezett kutatás értékes információkkal szolgálhat a stresszhez kötődő jelátviteli folyamatokról gabonafélékben, ami szintén alapul szolgálhat egy jövőbeni stresszellenállósági nemesítési programnak. A kísérletek folyamán korrelációt keresünk a vizsgált paraméterekben bekövetkező változások és a stressztolerancia között az adott növényben, ami alapját képezheti egy tesztmódszernek. A kutatás során védőhatásúnak talált vegyületek alapján pedig kidolgozható egy a gyakorlat számára is használható módszer a stressztolerancia fokozására. Habár a kísérletekben a gazdaságilag fontos búzát és kukoricát használjuk, de jóval nehezebb dolgozni velük, mint az egyszerűbb modell növényekkel (pl. Arabidopsis). Az esetleges gazdasági hasznosítás mellett , mivel ez egy alapkutatás, a mérhető teljesítmény a publikáció, melyek közlését nemzetközi növénybiológiai és agrár folyóiratokban terveztük. Részfeladatonként 1-2 kézirat, valamint az egész anyag alapján egy review megírása a cél, tehát összességében 7-8 tudományos cikk, melyek kumulatív impakt faktora 15-20 között van.
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. Hazánk kontinentális éghajlata miatt gyakran könyvelhet el veszteséget a környezeti tényezők következtében. A két fő tényező, ugyanúgy, mint világszerte, Magyarországon is az alacsony hőmérséklet és a szárazság. Mind a nemesítők, mind pedig a növénytermesztők számára fontosak az olyan gabonafélék, melyek a legkisebb károsodással vészelik át a környezeti változásokat. Ehhez szükséges, hogy minél jobban megismerjük a növények védekezési és szabályozásai mechanizmusait. Alapvető jelentőségű, hogy megértsük, a növények miként érzékelik a környezetből származó jeleket és ezeket hogyan továbbítják a sejtek felé, hogy beindítsák a védekezést a károsító hatások ellen. A genetikai háttér mellett a környezeti tényezők is meghatározó szerepet játszanak a stressztolerancia kialakításában. Már évtizedek óta ismert, hogy fény hiányában az alacsony hőmérséklet önmagában nem képes megfelelő mértékű edzettséget kiváltani az őszi gabonafélékben. Ennek ellenére a pontos mechanizmusa a fénynek az edzettség kialakulásában még ma sem ismert. Jelen pályázat fő célja, hogy jobban megértsük a fény szerepét a stressztolerancia kialakulásában. A kutatások négy témacsoportot ölelnek fel, melyek segítenek a téma jobb megértésében: 1) Egyes gének fényfüggésének jellemzése a hidegtűrés kialakulásában. 2) Mennyire fontos a fény minősége a hidegedzés során? 3) A fény szerepe a különböző stresszorokhoz való alkalmazkodásban gabonafélékben. 4) A fény szerepe az alacsony hőmérsékleti akklimatizáció során a hidegérzékeny kukoricanövényekben.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Understanding the mechanisms by which plants perceive environmental signals and transmit the signals to cellular machinery to activate adaptive responses is of fundamental importance. A series of experiments on the effect of light on the frost resistance of winter wheat revealed that the level of frost resistance depended not only on the hardening temperature, but also on the light: hardening at low temperature was far more efficient with normal illumination, while partial frost resistance could be achieved even at normal temperature if the light intensity was increased However, the exact mechanism of the contribution of the light to the improved freezing tolerance is still poorly understood. The main aim of the present proposal is the better understanding of the role of light in the development of stress tolerance in crop plants. Questions to be answered: 1) Characterization of the light-dependent role of particular genes in the development of cold hardiness. 2) Determination of the importance of light quality during the cold hardening period. 3) Role of light in the acclimation to various types of stressors in cereals. 4) Role of light in the cold acclimation mechanisms in the chilling sensitive maize.
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. Beside the genetic background, the environmental factors may also play a decisive role in the development and manifestation of stress tolerance. It has been known for several decades that in the absence of light low temperatures are incapable of inducing frost hardiness in winter annuals. However, the exact mechanism of the contribution of the light to the improved freezing tolerance is still poorly understood. The main aim of the present proposal is the better understanding of the role of light in the development of stress tolerance in crop plants. Not only the role of light intensity but the effect of the light quality on these processes will also been investigated. The following tasks will be investigated in the frame of the project: Task 1. Characterization of the light-dependent role of particular genes in the development of cold hardiness. Task 2. Determination of the importance of light quality during the cold hardening period. Task 3. Role of light in the acclimation to various types of stressors in cereals. Task 4. Role of light in the cold acclimation mechanisms in the chilling sensitive maize.
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. Previous results clearly indicate that light play an important role in stress-related signalling during the adaptation processes. The main aim of the experiments is to obtain a better understanding of the responses of plants to certain stress factors. 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 cereals, which may also serve basic information for future stress breeding programs. In the course of the experiments correlations will be sought between changes in tested parameters and the stress tolerance of the given plant, which could then be used as the basis of testing methods. In addition, results related to signal transductors and protective compounds could provide a sound basis for the elaboration of economic large-scale methods for the use of these compounds to stimulate stress tolerance. Although the main object of the investigations is wheat and maize, which have very important agronomical importance but it is much harder to use them than the well characterised model plants This work is basic research, where the final product is publication in international scientific journals in plant biology and agriculture. The expected numbers of the publications are 1-2 paper/task. Finally, we also plan to write a review paper. All together the expected publication product can be ca. 7-8 papers published in IF journals, with a cumulative IF of at least 15-20.
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 extreme continental climate, there are few years when Hungary does not face severe economic losses related to environmental factors. Low temperature and drought are the two main factors that limit plant growth worldwide and in Hungary as well. Both plant breeders and crop producers have an interest in finding crops capable of tolerating environmental changes with as little damage as possible. In order to develop such crops, knowledge of plant defence mechanisms and regulatory processes is essential. Understanding the mechanisms by which plants perceive environmental signals and transmit the signals to cellular machinery to activate adaptive responses is of fundamental importance. Beside the genetic background, the environmental factors may also play a decisive role in the development and manifestation of stress tolerance. It has been known for several decades that in the absence of light low temperatures are incapable of inducing frost hardiness in winter annuals. However, the exact mechanism of the contribution of the light to the improved freezing tolerance is still poorly understood. The main aim of the present proposal is the better understanding of the role of light in the development of stress tolerance in crop plants.
Final report
Results in Hungarian
A genetikai háttér mellett a környezeti tényezők is meghatározó szerepet játszanak a stressztolerancia kialakításában. Régóta ismert, hogy fény hiányában az alacsony hőmérséklet önmagában nem képes megfelelő mértékű edzettséget kiváltani az őszi gabonafélékben. Jelen pályázat fő célja az volt, hogy jobban megértsük a fény szerepét a stressztolerancia kialakulásában. A munka első részében a mérsékelt szárazság és alacsony hőmérséklet egymásra hatását vizsgáltuk különböző megvilágításoknál két eltérő hidegtűrésű durumbúzában. A jobb hidegtűrésű fajta gyorsabban reagált az enyhe szárazságra mindkét megvilágításnál és jobb volt a fotoszintetikus hatékonysága alacsony hőmérsékleten. A membránkárosodás mértékét is csökkentette a mérsékelt szárazság mindkét fajtában alacsony hőmérsékleten. Azonban az alacsony fényintenzitás magában is segített fenntartani a fotoszintézis hatékonyságát és a pigmentek szintjét, valamint glicin-betain felhalmozódást indukált a hidegperiódus alatt. A munka második részében a hidegérzékeny kukorica növényekben a megvilágítás mind a növekedési hőmérsékleten, mind pedig az edzés során befolyásolta a hidegre adott válaszokat. Érdekes, hogy bizonyos fény-függő stresszválaszok nem csak a levelekben fejeződtek ki, melyek a fényhatásnak elsősorban ki vannak téve, hanem a gyökerekben is. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy az alacsony hőmérséklet indukálta fotoinhibíció egy szükséges rossz a hideghez való alkalmazkodásban a növényeknek.
Results in English
Beside the genetic background, the environmental factors may also play a decisive role in the development and manifestation of stress tolerance. It has been known that in the absence of light low temperatures are incapable of inducing frost hardiness in winter annuals. The main aim of the work was the better understanding of the role of light in the development of stress tolerance in crop plants. In the first part of the work the sustaining effect of moderate drought on the quantum yield was confirmed at different illumination levels at low temperature in two durum wheat cultivars. The cold-tolerant variety responded rapidly to the effect of moderate drought at both illumination levels and maintained a higher effective quantum yield at low temperature. The membrane damage was also reduced by moderate drought at low temperature in both cultivars. Besides the acclimation effect of moderate drought, low light itself also helped to retain the quantum yield, maintain the photosynthetic pigment level and induce glycine betaine accumulation during the cold phase. In the second part the light intensity during both hardening and growth periods may substantially affected the cold responses of chilling-sensitive maize. Interestingly, certain stress responses are light-dependent not only in the leaves, which sense the light directly, but also in the roots. The results suggest that the photoinhibition induced by low temperature is a necessary evil for cold acclimation processes in plants.
Majláth I, Palla B, Nagy Z, Darkó É, Janda T, Szalai G: Effects of multiple abiotic stress factors on the development of frost-tolerance in durum wheat lines, 11th Congress of the Hungarian Society of Plant Biology. Konferencia helye, ideje: Szeged, Magyarország, 2014.08.27-2014.08.29. Szeged: Paper S1-P11., 2014
Majláth I, Darkó É, Palla B, Nagy Z, Janda T, Szalai G: Reduced light and moderate water deficiency sustain nitrogen assimilation and sucrose degradation at low temperature in durum wheat, Journal of Plant Physiology (in press), 2016
Janda T, Darko É, Shehata S, Kovács V, Pál M, Szalai G: Salt acclimation processes in wheat, PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY 101:(-) pp. 68-75., 2016
Events of the project
2022-01-10 11:30:04
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényélettani Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
