 |
Molecular mechanism behind disease symptom development in virus infected plants
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
108718 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Várallyay, Éva |
| Title in Hungarian |
A betegség tünetek kialakulásának molekuláris háttere vírusfertőzött növényekben. |
| Title in English |
Molecular mechanism behind disease symptom development in virus infected plants |
| Keywords in Hungarian |
növényi vírus, génexpressziós szabályozás, shut-off, géncsendesítés |
| Keywords in English |
plant virus, genexpression regulation, shut-off, gene silencing |
| Discipline |
| Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences) | 75 % | | Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences) | 15 % | | Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Complex agricultural sciences |
| Department or equivalent |
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre) |
| Participants |
Dalmadi, Ágnes
Havelda, Zoltán
Hegyi, Anna
Kontra, Levente
Oláh, Enikő Etelka
Pesti, Réka
|
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2018-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
43.297 |
| FTE (full time equivalent) |
8.21 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A vírusfertőzés hatékonyságát és a tünetek kialakulását a fertőzött növényben alapvetően befolyásolja, hogy a vírus mennyire képes elterjedni, illetve, hogy mennyire változtatja meg a gazda anyagcseréjét. A vírus mozgását és növényben való elterjedését az RNS interferencia alapú védekező folyamatok, míg az okozott génexpressziós változásokat a növény-vírus kapcsolat típusa határozza meg. Előző kísérleteinkben feltártuk, hogy a legtöbb vizsgált vírus képes a növényi RNS csendesítés egyik kulcsmolekuláját, az ARGONAUTE1-et (AGO1), egy specifikus mikro RNS aktivitásán keresztül negatívan szabályozni. Az AGO1 központi szerepet játszik esszenciális fejlődésbiológiai folyamatok szabályozásában és a növény vírusok elleni védekezési rendszerében is. Kísérleteinkben, különböző vírusok felhasználásával, genetikai, molekuláris biológiai és biokémiai vizsgálatokkal tervezzük vizsgálni az AGO1 fehérje szabályozásának komplex folyamatát és szerepét a tünetek kialakulásban és a vírusok elleni védekezésben. Azt is vizsgáljuk, hogy más, RNS interferenciától független génexpressziós változások (melyeket előző OTKA projektünk során azonosítottunk), milyen szerepet játszanak a betegség tünetek súlyosságának kialakulásában. A kísérletek eredményeképpen átfogó képet kapunk a vírusfertőzés során kialakuló betegségtünetek molekuláris mechanizmusáról Arabidopsis és Nicotiana modell növényekben, és a gazdaságilag fontos paradicsomban. A tünet kialakulásról szerzett új ismereteink segíthetnek abban, hogy új, alternatív megoldásokat találjunk a vírusok elleni növényvédelemben és csökkenthessük a vírusfertőzés okozta gazdasági károkat.
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 vírusfertőzés hatékonyságát és a tünetek kialakulását a fertőzött növényben alapvetően befolyásolja, hogy a vírus mennyire képes elterjedni, illetve, hogy mennyire változtatja meg a gazda anyagcseréjét. A vírus mozgását és növényben való elterjedését az RNS interferencia alapú védekező folyamatok, míg az okozott génexpressziós változásokat a növény-vírus kapcsolat típusa határozza meg. Tervezett kutatásainkban vizsgálni szeretnénk az RNS interferencia fő szabályozó molekulájának, az Argonaute1-nek, komplex szabályozási folyamatát, szerepét a tünetek kialakulásában és a különböző vírusok elleni védekezésben. Megválaszoljuk a kérdést, hogy milyen molekuláris mechanizmus (vágás, vagy transzlációs gátlás) felelős a miR168 által közvetített Argonaute1 (AGO1) kontrolért, analizáljuk a miR168 és az AGO1 mRNS indukciójáért felelős cisz-elemeket. Vizsgáljuk az AGO1 által szabályozott miRNS célgénjeinek kifejeződését a vírusfertőzés során és azt kérdést is, hogy hogyan képesek a virális géncsendesítést gátló fehérjék indukálni a miR168 szintet. Annak érdekében, hogy külön vizsgálhassuk a vírusok AGO1 szabályozását más vírus replikációval indukálódó folyamatoktól megváltozott miR168 és AGO1 szinttel rendelkező modell növényeket tesztelünk majd. Ezen kívül azt is vizsgáljuk, hogy más, nem AGO1 regulált folyamatok (melyeket előző OTKA pályázatunk során azonosítottunk) hogyan befolyásolják a kialakuló tünetek súlyosságát. Szerteágazó kísérleteink eredményeképpen részletes képet kapunk a jellemző betegségtünetek hátterében álló fontos szabályozási folyamatok térbeli és időbeli változásáról nemcsak modell, hanem gazdaságilag fontos növényben is.
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!
Kompatibilis vírusfertőzésben a vírus úgy változtatja meg a gazda anyagcsere folyamatait, hogy képes legyen az egész növényben elterjedni és genomját hatékonyan sokszorozni. A vírus fertőzés során kialakuló betegségtüneteket a vírus által indukált molekuláris változások okozzák. A tünetek kialakulása különösen fontos mezőgazdasági szempontból, hiszen ez az, ami a termés minőségi és mennyiségi romlását és így jelentős gazdasági károkat okoz. A virológia egyik legfontosabb aktuális feladata ezért a folyamat hátterében húzódó komplex molekuláris mechanizmusok feltárása. A vírus mozgását és növényben való elterjedését az RNS interferencia alapú védekező folyamatok, míg az okozott génexpressziós változásokat a növény-vírus kapcsolat típusa határozza meg. E két folyamat együttes eredménye az, ami végül a tünetek kialakulásához vezet, és ezeket tanulmányoztuk előző OTKA projektünk során. Azonosítottunk néhány kulcsfontosságú reguláló faktort, de sem az Argonaute1 szabályozás tünet kialakulásra gyakorolt hatását, sem a “shut-off” folyamat hátterében húzódó molekuláris mechanizmust nem vizsgáltuk. Jelen projektünk során átfogó képet szeretnénk kapni arról, hogy a vírusok hogyan változtatják meg a gazda anyagcseréjét, és ezen hatások hogyan vezetnek végül a betegségre jellemző tünetek kialakulásához nemcsak modell, hanem gazdaságilag fontos növényekben. Ezen mechanizmusok hátterében álló folyamatok molekuláris mechanizmusának ismerete segíthet bennünket abban, hogy új, hatékonyan alternatívákat találjunk a vírusok elleni növényvédelemben és ezzel csökkentsük a fertőzés által okozott gazdasági károkat.
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.
Kompatibilis vírusfertőzésben a vírus úgy változtatja meg a gazda anyagcsere folyamatait, hogy képes legyen az egész növényben elterjedni és genomját hatékonyan sokszorozni. A vírus fertőzés során kialakuló betegségtüneteket a vírus által indukált molekuláris változások okozzák. A tünetek kialakulása különösen fontos mezőgazdasági szempontból, hiszen ez az, ami a termés minőségi és mennyiségi romlását és így jelentős gazdasági károkat okoz. A virológia egyik legfontosabb aktuális feladata ezért a folyamat hátterében húzódó komplex molekuláris mechanizmusok feltárása. A vírus mozgását és növényben való elterjedését az RNS interferencia alapú védekező folyamatok, míg az okozott génexpressziós változásokat a növény-vírus kapcsolat típusa határozza meg. Korábban már azonosítottunk néhány, a különböző tünetek kialakulásában kulcsszerepet játszó faktort. A pályázott projektben azt vizsgálnánk, hogy milyen szerepet tölt be a géncsendesítés alapú szabályozás a tünet kialakulásban és milyen molekuláris mechanizmusok állnak egy másik, nem géncsendesítés alapú, a háztartási gének hatékony gátlását eredményező folyamat - a “shut-off” - hátterében. Vizsgálatainkat nemcsak modell növényeken, hanem paradicsomban is tervezzük, hogy közvetlen adatokat kapjunk egy gazdaságilag fontos növényen a vírusfertőzés során kialakuló tünetek molekuláris mechanizmusáról. Így szerzett tapasztalataink segíthetnek bennünket, hogy új, hatékonyan alternatívákat találjunk a vírusok elleni növényvédelemben és ezzel csökkentsük a fertőzés által okozott gazdasági károkat.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In compatible plant-virus infection the virus can invade the whole plant forming the disease symptoms specific for the particular plant-virus interaction generating severe economic loss.
Successful viral infection and development of disease symptoms are mainly determined by the efficiency of virus spread in the plant and the magnitude of virus induced changes on the host metabolism. Movement and spreading of the virus is efficiently controlled by RNA silencing based host defense, while severity of gene expression changes depends on the type of the plant-virus connection. Previously we revealed that most of the viruses can control one of the key molecules, the ARGONAUTE 1 (AGO1) protein, of the gene silencing machinery via the regulation of a specific microRNA. AGO1 plays a central role in the miRNA mediated essential developmental regulation and can be also an important component of the plant defense reaction against viruses. In our current proposal we would like to investigate the complex regulation pattern of AGO1, its role in symptom development and in defense reactions against different viruses. Furthermore, we would like to analyze the additional role of other, not AGO1 connected, gene-expression changes (identified by microarray analyses in our previous OTKA project) in the determination of the severity of disease symptoms. As a result we will gain a comprehensive knowledge of disease symptom development during virus infection in Arabidopsis model plant and in Solanaceae species. Our knowledge might help us to find alternative possibilities to protect plants against different viruses or alleviate the economic loss of virus infections.
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.
Successful viral infection and development of disease symptoms are mainly determined by the efficiency of virus spread controlled by RNA silencing and severity of gene expression changes dependent on the type of the plant-virus connection. In our current proposal we would like to investigate the complex regulation pattern of Argonaute 1 (AGO1), the master component of RNA silencing machinery, its role in symptom development and in defense reactions against different viruses. We would like to reveal the complex molecular mechanism (cleavage or translational inhibition) behind the miR168 mediated AGO1 regulation, analyze cis-elements responsible for induction of miR168 and AGO1 mRNA, investigate AGO1 controlled miRNA target genes during virus infection. The question how viral silencing suppressors can induce miR168 level will be answered. To dissect the role of AGO1 down regulation from other gene expression changes induced during viral replication model plants with altered miR168 and AGO1 activity will be tested. Furthermore, we would like to analyze the additional role of other, not AGO1 connected, gene-expression changes (identified by microarray analyses in our previous OTKA project) in the determination of the severity of disease symptoms. Our detailed experiments will discover spatial and temporal changes of key regulatory processes resulting in characteristic disease symptoms not only in model but in a crop also. As a result of our research not only important genes, but molecular mechanism lying behind specific disease symptom development will reveal.
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.
During virus infection processes, the virus alters the cellular mechanism of its host in order to replicate its genomes and spread both locally and systemically. The complex pattern of molecular changes induced by virus infection leads to the development of various disease symptoms specific for the particular plant-virus interaction. From agricultural point of view the symptom development induced by plant viruses is a particularly important factor leading to reduced crop quality and yield that cause severe economic losses. One of the most important recent challenges of plant virology is the dissection of complex molecular mechanisms lying behind these processes. Successful viral infection and development of disease symptoms are mainly determined by the efficiency of virus spread in the plant and the magnitude of virus induced changes on the host metabolism. Movement and spreading of the virus is efficiently controlled by RNA silencing based host defense, while severity of gene expression changes depends on the type of the plant-virus connection. These two processes together will determine the final changes leading to the appearance of symptoms and was studied in our previous OTKA project. We have identified some regulatory key factors in both processes, however, the potential role of Argonaute 1 level control in symptom development and the molecular mechanism lying behind "shut off" phenomenon remained to be investigated. In our current proposal we aim to build a comprehensive knowledge about how viruses alter the host metabolism and how will these effects lead to the development of virus disease specific symptoms both in model plants and in an agronomically important crop. Revealing not only genes, but complex molecular processes lying behind this mechanism will help us to find alternative possibilities to protect plants against different viruses or alleviate the economic loss of virus infections.
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.
During virus infection processes, the virus alters the cellular mechanism of its host in order to replicate its genomes and spread both locally and systemically. The complex pattern of molecular changes induced by virus infection leads to the development of various diseases. From agricultural point of view the symptom development induced by plant viruses is a particularly important factor leading to reduced crop quality and yield that cause severe economic losses. One of the most important recent challenges of plant virology is the dissection of complex molecular mechanisms lying behind these processes. Movement and spreading of the virus is efficiently controlled by RNA silencing based host defense, while severity of gene expression changes depends on the type of the plant-virus connection. Previously we have identified some key factors playing important role in different symptom development. In our current project we would like to investigate the potential role of silencing based control in symptom development and the molecular mechanism lying behind non-silencing based efficient down regulation of housekeeping genes - "shut off" phenomenon. We will investigate not only the model Arabidopsis and tobacco plants but tomato as well to get a direct link to the molecular mechanism of viral disease symptom development of an agronomically important crop. Our knowledge might help us to find alternative possibilities to protect plants against different viruses or alleviate the economic loss of virus infections.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Enikő Oláh, Réka Pesti, Dénes Taller, Zoltán Havelda and Éva Várallyay: Non-targeted effects of VIGS vectors on host endogenous gene expression, Archives of Virology 161:2387–2393, 2016 | | Oláh Enikő: VIGS VEKTOROK HASZNÁLATA SORÁN BEKÖVETKEZŐ GÉN EXPRESSZIÓS VÁLTOZÁSOK ÉS EGY VIRÁLIS GÉNCSENDESÍTÉST GÁTLÓ FEHÉRJE RNS KÖTÉSÉNEK VIZSGÁLATA, SZIE Növénytudományi doktori iskola honlap, 2018 | | Baksa I, Nagy T, Barta E, Havelda Z, Varallyay E, Silhavy D, Burgyan J, Szittya G: Identification of Nicotiana benthamiana microRNAs and their targets using high throughput sequencing and degradome analysis., BMC GENOMICS 16: (1) 1025-1045, 2015 | | Baráth, D.; Jaksa-Czotter, N.; Molnár, J.; Varga, T.; Balássy, J.; Szabó, L.K.; Kirilla, Z.; Tusnády, G.E.; Preininger, É.; Várallyay, É.: Small RNA NGS Revealed the Presence of Cherry Virus A and Little Cherry Virus 1 on Apricots in Hungary., Viruses 2018, 10, 318., 2018 | | Baksa I, Nagy T, Barta E, Havelda Z, Várallyay É, Silhavy D, Burgyán J, Szittya G: Identification of Nicotiana benthamiana microRNAs and their targets using high throughput sequencing and degradome analysis, BMC Genomics. 2015 Dec 1;16(1):1025. doi: 10.1186/s12864-015-2209-6., 2015 | | Enikő Oláh, Réka Pesti, Dénes Taller, Zoltán Havelda and Éva Várallyay: Non-targeted effects of VIGS vectors on host endogenous gene expression, Archives of Virology 161:2387–2393 (doi:10.1007/s00705-016-2921-9), 2016 | | Pesti Réka, Kenny Paul, Kontra Levente, Molnár János, Tusnády E. Gábor, Vass Imre, Havelda Zoltán, Várallyay Éva.: Akut és perzisztens vírusfertőzés hátterében álló molekuláris változások, MBK Napok, 2016 | | Nikoletta Czotter, János Molnár, Réka Pesti, Emese Demián, Dániel Baráth, Tünde Varga and Éva Várallyay: Use of siRNAS for diagnosis of viruses associated to woody plants in nurseries and stock collections., „Viral Metagenomics: Methods and Protocols” Methods in Molecular Biology Eds: Vitantonio Pantaleo and Michela Chiumenti book chapter under edition, 2018 | | Pesti Réka, Kontra Levente, Havelda Zoltán, Várallyay Éva: Lehet‐e a kisRNS‐eknek szerepe a shut‐off‐ban?, Fiatal RNS kutatók fóruma, 2017 | | Dalmadi Ágnes, Bálint Jeannette, Várallyay Éva, Havelda Zoltán: A prekurzor szerkezet hatással van a miRNS beépülési hatékonyságára, Fiatal RNS kutatók fóruma, 2017 | | Dalmadi Ágnes , Bálint Jeanette, Várallyay Éva, Havelda Zoltán: A miRNS prekurzor beépülésre gyakorolt hatásának vizsgálata a miR168 – AGO1 szabályozáson keresztül., Genetikai Műhelyek Magyarországon XVI. Minikonferencia,, 2017 | | Réka Pesti, Levente Kontra, Kenny Paul, János Molnár, Gábor E. Tusnády, Imre Vass, Zoltán Havelda, Éva Várallyay: Characterization of gene expression and physiological changes in different host-virus interactions, 3rd Hungarian Molecular Life Sciences Conference Eger, 2017 | | Réka Pesti, Oláh Enikő, Ferenc Kagan, Zoltán Havelda, Várallyay Éva: Sequence requirement of viral suppressor mediated miR168 induction in plants, 3rd Hungarian Molecular Life Sciences Conference Eger, 2017 | | Éva Várallyay, Enikő Oláh and Zoltán Havelda: Molecular mechanisms behind symptom development in virus infected plants, 9th International Symposium on Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, Workshop of PPBA; 2013 Piesany, Slovakia, october 13-16, 2013 | | Enikő Oláh, Réka Pesti, Taller Dénes, Zoltán Havelda és Éva Várallyay: CONFIDENCE OF ENDOGENOUS REFERENCE GENES IN A PLANT INFECTED BY A VIGS VECTOR, Fiatal Biotechnológusok országos Konferenciája, 2014 márc. 7, Szeged, 2014 | | Várallyay Éva, Oláh Enikő, Havelda Zoltán: A miR168 indukció szabályozása vírusfertőzött növényekben, MBK Napok, 2013 november21-22, Gödöllő, 2013 | | Kuglics Alexandra: Riporterrendszer kidolgozása az ARGONAUTE’ miR168 általi szabályozásának vizsgálatára dohányban, ELTE Biológus TDK I.hely, 2013 | | Kuglics Alexandra: Riporterrendszer kidolgozása az ARGONAUTE’ miR168 általi szabályozásának vizsgálatára dohányban, ELTE TTk MSc szakdolgozat, 2014 | | Réka Pesti, Zoltán Havelda, Éva Várallyay: Gene expression changes behind symptom development in virus infected plants, Hungarian Life Sciences, book of abstract, 2015 | | Oláh Enikő, Pesti Réka, Taller Dénes, Havelda Zoltán, Várallyay Éva: Vannak-e a VIGS-nek nem kívánt mellékhatásai?, MBK Napok, 2014 | | Pesti Réka, Molnár János, Kenny Paul, Vass Imre, Tusnády E.Gábor, Havelda Zoltán, Várallyay Éva: Characterization of gene expression and physiological changes in different host-virus interactions, International Advances in Plant Virology, Conference of AAB in conjunction with Cost Action FA1407, 2016 Sept 6-9, Greenwich, 2016 | | Pesti Réka, Molnár János, Kenny Paul, Vass Imre, Tusnády E.Gábor, Havelda Zoltán, Várallyay Éva: Génexpressziós változások vizsgálata vírusfertőzött paradicsomban., FIBOK 2016, Gödöllő, 2016 márc 21-22, 2016 | | Czotter Nikoletta, Szabó Emese, Molnár János, Pesti Réka, Oláh Enikő, Deák Tamás, Bisztray György, Tusnády E. Gábor, Kocsis László, Burgyán József és Várallyay Éva: Szőlőültetvényeink metagenomikai diagnosztikája új, hazánkban eddig nem leírt vírusok jelenlétét mutatta ki., Növényvédelem 51 (12), 550-559., 2015 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
