 |
Consortional main: Examinations on the stress-protecting and physiological effects of a new, biologically active compound, S-methylmethionine salicylate
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
108834 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Rudnóy, Szabolcs |
| Title in Hungarian |
Konzorcium, fő p.: Új, biológiailag aktív vegyület, az S-metilmetionin-szalicilát fiziológiai és stresszvédő hatásának vizsgálata |
| Title in English |
Consortional main: Examinations on the stress-protecting and physiological effects of a new, biologically active compound, S-methylmethionine salicylate |
| Keywords in Hungarian |
stresszvédelem, szalicilsav, S-metil-metionin, gabonafélék |
| Keywords in English |
stress protection, salicylic acid, S-methylmethionine, cereals |
| Discipline |
| Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Crop physiology |
|
| Panel |
Agriculture, Environment, Ecology, Earth Sciences committee chairs |
| Department or equivalent |
Department of Plant Physiology and Molecular Plant Biology (Eötvös Loránd University) |
| Participants |
Lásztity, Demeter
Rudnóy, Szabolcs
Szabó Endréné dr. Rácz, Ilona
Szigeti, Zoltán
|
| Starting date |
2014-01-01 |
| Closing date |
2018-06-30 |
| Funding (in million HUF) |
16.928 |
| FTE (full time equivalent) |
7.21 |
| 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 termesztett növények stressztűrő képességének fokozása és betegség-ellenállóságuk környezetbarát eszközökkel történő növelése kulcsfontosságú probléma a mezőgazdaságban. Mivel a növényeknek meg kell küzdeniük környezetük állandó változásaival, melyek jelentős hatással vannak fiziológiai folyamataikra, fejlődésükre, ezáltal terméshozamukra, számos védekező mechanizmussal rendelkeznek a stresszhatások kivédésére. A védekező reakciók aktiválása jelátviteli hálózatokon át valósul meg, melyek génexpresszió változásokat előidézve szabályozó, valamint stresszvédő vegyületek és fehérjék keletkezését eredményezik a stresszválasz részeként.
Napjaink mezőgazdaságában egyre sürgetőbb igény természetes megoldások kidolgozása mezőgazdasági szempontból fontos növények védekezési reakcióinak, ezáltal stressztűrő képességének javítására. Biológiailag aktív hatóanyagok alkalmazása alternatív megoldást jelenthet a problémára. Korábbi eredményeink biológiailag aktív természetes vegyületekkel, az S-metilmetioninnal (SMM) és a szalicilsavval (SA) számos információval szolgáltak környezeti és biotikus stresszekre való felkészítő és védő hatásukról. Egy szélesebb stresszvédő hatású anyag kifejlesztése érdekében egy új, kombinált vegyületet hoztunk létre ezekből a természetes anyagokból, az S-metilmetionin-szalicilátot (MMS), mely stabilabb, mint a kiinduló SMM és melyről feltételezzük, hogy egyesíti az eredeti komponensek kedvező hatásait és széleskörű védelmet nyújt különböző stressztényezők ellen. Jelen pályázatban az új vegyület hatásainak felderítésével gyakorlatban is hasznosítható elméleti tudás megszerzését célozzuk.
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.
Korábbi eredményeink alapján a kívülről adott SMM és SA egyaránt növelte különböző gabonafélék stressztűrő képességét biotikus és abiotikus stresszhatásokkal szemben. A védő hatás szabályozó és védő anyagok szintézisének növelésében, az oxidatív stresszel szembeni védelmi kapacitás fokozásában, a membránstabilitás növelésében, valamint a fotoszintetikus apparátus állapotának és funkciójának megőrzésében nyilvánult meg, ami a védelmi potenciál növekedését eredményezte.
A jelen pályázat célja, hogy megvizsgáljuk exogén, a stresszhatást megelőzően alkalmazott MMS hatását a válaszreakciókban sokoldalú szabályozó szerepet játszó poliaminok szintézisére, antioxidáns enzimek aktivitására, szekunder anyagcseretermékek és stresszvédő fenoloidok szintézisére, valamint olyan szabályozó transzkripciós faktorok aktivitására, melyek fontosak a védelmi potenciál kialakításában (CBF). További célunk, hogy tanulmányozzuk az MMS szerepét a priming folyamatában a védelem kialakítása során olyan gének expressziójának nyomon követésével, melyek alapvető szerepet játszanak a biotikus stresszfaktorok elleni védelem kialakításában (NPR1, WRKY gének).
Annak érdekében, hogy átfogó képet kapjunk az MMS szerepéről a stresszvédelemben, az előidézett változásokat transzkriptomikai, proteomikai és metabolomikai szinten egyaránt nyomon követjük, beleértve a génexpresszió-változásokat, az enzimaktivitás-változásokat és az általuk szintetizált metabolitok változásait. A fiziológiai folyamatok monitorozásával együtt mindezek az adatok komplex és hasznos információt nyújthatnak az új természetes vegyület stresszvédő képességéről és hatékonyságáról.
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!
Mivel jelenleg fokozott igény mutatkozik olyan termesztési technikák kifejlesztésére, melyek alacsony költségigényűek és mellőzik a környezetszennyező kemikáliákat, megnőtt az igény az olyan biológiailag aktív anyagok iránt, melyek természetes módon tudják növelni az élelmiszer és takarmánynövények táplálkozási és termesztési értékeit. Hasonlóan széleskörű kísérletek folynak az organikus termesztésben használható megoldások kidolgozásának irányában is. A jelen pályázatban tervezett széleskörű vizsgálatok egy ilyen bioaktív természetes alapú vegyület, az MMS sokoldalú hatásának vizsgálatára, stresszvédő szerepének komplex megismerésére irányulnak. Reményeink szerint az MMS alternatív, környezetbarát módon alkalmazható megoldást jelenthet a növények védelmi potenciáljának növelésére és ezáltal biotikus és abiotikus stressztűrő képességük javítására. Hosszútávon az MMS természetes vegyületként alkalmazható lehet stresszfaktorok által okozott károk mérséklésére és biológiai növényvédelemre.
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.
Helyhez kötött életmódjuk következményeként a növényeknek meg kell küzdeniük kedvezőtlen környezetük számos kihívásával, az előrejelzések szerint egyre intenzívebbé váló különböző stresszhatásokkal. Mivel ezek jelentős terméscsökkenést okoznak világszerte, a termesztett növények stressztűrő képességének növelése alapvető probléma a mezőgazdaságban. Jelenleg főként a klasszikus, vagy transzgénikus növények előállításával megvalósuló nemesítési eljárások képviselik a megoldás módját. A stressztűrő-képesség növelésének alternatív lehetőségét jelentheti a biológiailag aktív vegyületek alkalmazása. Korábbi vizsgálataink alapján ilyen vegyületnek bizonyult az S-metilmetionin (SMM) és a szalicilsav (SA). Eredményeink azt mutatják, hogy ezek a természetes anyagok mérsékelni tudják számos stressztényező kedvezőtlen hatását. Annak érdekében, hogy komplexebb stresszvédő hatású vegyülettel rendelkezzünk, kialakítottunk egy új származékot, az S-metilmetionin-szalicilátot (MMS), melyről feltételezzük, hogy egyesítve a kiinduló komponensek hatását, még sokoldalúbb fokozott stresszvédelmet eredményez. A jelen pályázat célja, hogy megvizsgáljuk az MMS hatását mezőgazdaságilag jelentős növényeken (összevetve az eredeti vegyületekkel) és átfogó képet kapjunk hatásmechanizmusáról, elősegítve ezzel a jövőbeni gyakorlati alkalmazás lehetőségét. Mindezen ismeretek birtokában az MMS természetes és biztonságos hatóanyagként alkalmazható lenne a stressztűrő-képesség fokozására, a kedvezőtlen hatások mérséklésére. Használati lehetősége egyben alternatívát nyújtana a 21. század mezőgazdaságának alapvető kihívására, mely alacsonyabb költséggel, kevesebb kemikáliával történő hozamnövekedést céloz.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Improvement of stress and disease tolerance of cultivated plants and thus to increase crop yields and nutritional values in environmentally friendly ways is a crucial problem in agriculture. Since plants have to cope with continuous environmental fluctuations, which have a substantial influence on their physiological processes, development and productivity, they are equipped with a large set of defence mechanisms. Activation of defence mechanisms through signal transduction cascades results in gene expression changes leading to accumulation of regulatory and defence compounds and protective proteins as integral components of stress responses.
To find natural solutions for the activation of defence responses and improvement of stress tolerance of agriculturally important plants has been an increasing demand recently. Application of biologically active substances can be such an alternative approach. Earlier results on beneficial effects of bioactive substances, S-methylmethionine (SMM) and salicylic acid (SA) provided a lot of information regarding their role to counteract harmful effects of wide range of abiotic and biotic stresses exhibiting a priming effect on defence reactions. To obtain a more complex defence compound with an extended range of stress protecting effect, here we synthesised a new derivative, the S-methylmethionine-salicylate (MMS), resulting in a more stabile compound than the starting SMM.
MMS is expected to combine beneficial effects of original substances providing extended stress tolerance. Here we aim to reveal the nature and mechanism of these effects on agriculturally important crops to obtain theoretical understanding and practical benefits.
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.
According to our earlier results, the external application of SMM and SA increased the tolerance of different crops under various abiotic and biotic stress conditions. Protecting effects were manifested in stimulating the synthesis of regulatory compounds and metabolites involved in stress defence, enhancing the antioxidant capacity, increasing membrane stability and preserving the function of photosynthetic apparatus resulting in increase in defence potential.
Present project aims to study the effect of exogenously added MMS (as compared to SMM and SA) on chilling stress tolerance of crops, on the synthesis of primary regulators involved in stress response (polyamines), activity of antioxidant enzymes, synthesis of specific secondary metabolites and defence compounds (phenoloids), and on the expression of regulatory transcription factor genes important for the development of stress defence (CBF). Further aim of the project is to study the role of MMS in priming of defence processes during biotic stress, primarily by monitoring of differential expression of NPR1 and WRKY genes.
In order to obtain a comprehensive understanding of its complex role in stress protection, the changes on the effect of MMS will be investigated at the levels of transcriptome, proteome and metabolome, including changes in gene expression, enzyme activities and the amounts of metabolites they synthesise. Together with results of monitoring physiological traits of experimental plants at various stress conditions, these will hopefully provide complex and valuable information on stress protection ability and effectiveness of this new compound of natural origin.
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.
Since there is a pressing need in the 21st century to develop sustainable ways to safeguard yields of crops in a way that would require low costs and less chemicals, there has been an increasing demand in recent years for natural, biologically active materials which can be used to improve nutritional and agronomic traits of agriculturally important food and feed crops. Wide range of experiments is underway to find solutions which are also applicable in organic farming. Examinations planned in this proposal intend to reveal beneficial effects of externally applied biologically active substance MMS in order to provide valuable information regarding its complex role in stress response. It is supposed that MMS could be used as an alternative, environmentally sound approach to increase plants’ tolerance to various abiotic and biotic stressors and to improve their defence potential. In the long run, it could be exploited for crop protection as farm chemicals to mitigate stress-induced injury.
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.
Being sessile, plants have to survive their hostile environments and to cope with challenges of stressful conditions, which are predicted to become more intense with climate change. Since these stressors result in substantial reduction in crop yield worldwide, the improvement of stress tolerance of cultivated plants is a crucial problem in agriculture. At present, classical breeding or producing transgenic plants represent the usual solution of improving defence potential. Utilization of biologically active substances that increase stress tolerance could be an alternative approach. According to our earlier results, both S-methylmethionine (SMM) and salicylic acid (SA) are such biologically active substances. Examinations on beneficial effects of SMM and SA have provided valuable information regarding their role to counteract harmful effects of wide range stresses. To obtain a defence compound with a more complex range of stress protecting effect, here we intend to introduce a new derivative, S-methylmethionine-salicylate (MMS). The new compound is expected to combine the beneficial effects of the original compounds providing an extended stress tolerance. In present work we aim to reveal the nature and mechanism of these effects on crops of high agricultural importance, and compare to the original compounds to obtain theoretical understanding and practical benefits. In the long run, we hope that MMS could be exploited as farm chemicals to mitigate stress-induced injuries. Since food security is an important challenge in the 21st century, improvement of natural stress tolerance is an excellent way to increase crops’ yield with low cost and less chemicals.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
