Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences)
60 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Ortelius classification: Molecular biology
Molecular genetics, reverse genetics and RNAi (Council of Medical and Biological Sciences)
10 %
Ortelius classification: Molecular genetics
Panel
Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants
Csorba, Tibor Levente Gyula, Péter Kontra, Levente Medzihradszky, Anna Róza
Starting date
2015-01-01
Closing date
2019-04-30
Funding (in million HUF)
43.968
FTE (full time equivalent)
5.46
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 vírusfertőzésből bekövetkező spontán kigyógyulás (recovery) jelenségét közel száz évvel ezelőtt fedezték fel, de a molekuláris magyarázata ennek a nagyon régi jelenségnek még mindig nem teljesen tisztázott. A legújabb kutatások arra utalnak, hogy ez a jelenség nem magyarázható csak egyetlen mechanizmussal, mint a géncsendesítés, ahogyan az széles körben elfogadott. Valószínű, hogy a spontán kigyógyulás a végső eredménye egy összetett növényi válasznak, amiben különböző növényi védelmi rendszerek vesznek részt, mint például a szisztemikus szerzett rezisztencia ( SAR), egy, a legutóbbi időkben felfedezett, a vírus fertőzés által aktivált szabályozási kaszkád, amely végül a betegség-ellenállóságért felelős fehérjék termelését fokozza, valamint az antivirális RNS silencing is. Számos megfigyelés arra utal, hogy az említett védelmi útvonalak között kapcsolatok léteznek. A jelen pályázat célja, hogy feltárja ezt a szabályozási hálózatot, azonosítsa a legfontosabb vírusellenes mechanizmusokat/faktorokat és a köztük lévő kapcsolatokat, amelyek a növény spontán kigyógyulásához vezetnek a különböző vírus-növény kapcsolatban.
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 tervezett kutatás célja, alapkérdése, hogy minél jobban megértsük a legfontosabb antivirális mechanizmusokat, faktorokat és a közöttük meglévő kapcsolatokat, amelyek a spontán kigyógyulás jelenségéhez vezetnek. A pályázat keretében végzett kutatásainkban válaszolni szeretnénk a következő kérdésekre: (i) mi az a transzkripciós szabályzó hálózat, amely a molekuláris háttere a a vírustünetek kialakulásnak, majd a fertőzésből való kigyógyulásnak; (ii) melyek azok a vírus és a gazda kódolta effektorok, szignál és szenzor molekulák, amelyek kulcsszerepet játszanak a klasszikus “zig-zag-zig” modelben, amit korábban már azonosítottak növénypatogén baktérium és gomba fertőzéssel kapcsolatban. (iii) szeretnénk molekuláris magyarázatot adni a vírusfertőzés egyik eddig megmagyarázatlan kérdésére, a vírusok kizárására a merisztématikus szövetekből, továbbá feltárni a merisztéma kizáródás esetleges szerepét a spontán kigyógyulás jelenségében.
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! A vírusfertőzött növények spontán kigyógyulása a vírusbetegségből a növények hatékony immunválaszának az eredménye. A növények immunrendszerének és működésének minél teljesebb megismerése fontos jelentőséggel bír nem csak a növények, de más organizmusok esetében is. Azt is fontos megemlíteni, hogy jelenleg nincs semmilyen hatékony védekezési lehetőség a termesztett növények kigyógyítására a sokszor pusztító vírusfertőzésből, és eredményeink várhatóan fontos segítséget fognak nyújtani az új stratégiák kidolgozásához. Továbbá a növények területén kialakított antivirális új védekezési stratégiák segítséget nyújthatnak a humán és állati vírusokkal szembeni védekezésben is.
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. A jelen pályázat a vírusfertőzésből spontán bekövetkező kigyógyulás (recovery) jelenségét vizsgálja, amit közel száz évvel ezelőtt fedeztek fel, de a molekuláris magyarázata ennek a nagyon régen felismert jelenségnek még mindig nem teljesen tisztázott. A növények, hasonlóan más organizmusokhoz, képesek egy súlyos vírusfertőzésből kigyógyulni, aktiválva a növények védekező immunrendszerét, amelyek különböző molekuláris mechanizmusokon alapulnak, és együttesen képesek legyőzni a vírusbetegséget. A növények immunrendszerének és működésének minél teljesebb megismerése fontos jelentőséggel bír nem csak a növények, de más organizmusok esetében is. A növény természetes védekezési mechanizmusainak megismerésével várhatóan lehetőségünk lesz olyan új védekezési stratégiák kidolgozására, amely képes a termesztett növények kigyógyítására a sokszor pusztító vírusfertőzésből. A növények területén megismert természetes antivirális védekezési stratégiák segítséget nyújthatnak a humán és állati vírusokkal szembeni védekezésben is.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The recovery of a plant from virus infection was discovered almost hundred years ago, however the molecular bases of this very old phenomenon is still not fully understood. Recent studies suggest that this phenomenon can’t be explained by only one single mechanism such as RNA silencing as it was widely accepted previously. It is likely that the recovery is the outcome of a complex response of the plant involving different plant defence systems, such as systemic acquired resistance (SAR), virus activated regulatory cascade, which up-regulates pathogen-inducible disease resistance proteins and RNA silencing as well. In the present proposal we also assumed that there are several interaction among the above-mentioned pathways, which finally culminate in the recovery of plant from virus infection. The goal of the present proposal is to explore this regulatory network identifying the major antiviral mechanisms/factors (signal molecules and theirs sensors) and their interactions, which can lead to the plant recovery in different plant virus interaction.
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. The goal of the proposed work is to better understand the major antiviral mechanisms/factors and their interactions, which can lead to the plant recovery in different plant virus interaction. Our aim in this proposal is to answer the following still unknown or not fully understood questions: (i) explore the transcriptional changes during the development of virus induced symptoms and also the during the plant recovery in order to identify the transcriptional regulatory network involved in this phenomenon.; (ii) identifying viral and host effectors, signal molecules and sensors involved in the classic “zig-zag-zig” scheme of plant immunity described for fungal and bacterial infection. (iii) explore the molecular bases of meristem exclusion of viruses and its possible role in recovery, which is a long-term mystery of plant virology.
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. The recovery is the outcome of efficient plant immune response against viral infection. Our detailed knowledge about mechanisms of antiviral plant immune responses has impact not only in plant research but also in many other organisms. Importantly, the extension of our knowledge about the different antiviral mechanisms and their interactions in virus infected plants will help us to develop new and efficient antiviral strategies to recover virus infected crop plants, which still not exist. In addition, plant antiviral strategies may operate not only in plant but also in higher organisms. Therefore our better understanding of the molecular mechanisms involved in the spontaneous recovery from virus infection may help to develop new antiviral strategies against human or animal viruses as well.
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. The present proposal aims to explore a very old still not fully understood phenomenon in plant virology: “ the recovery” when the plant recovers from the initially strong virus induced symptoms and upper leaves become healthy and resistant against the virus used for primary inoculation. Our goal is to get better insight into the interaction between the invading virus and the plant and how the plant tries to defend itself by activating different defence systems. These defence systems can be very efficient and the plant finally recover from viral diseases. This recovery likely based on distinct molecular mechanisms, which in some cases interacts a synergistic ways and the plant is able to overcome the virus infection. Exploring this very interesting mechanism at molecular level will help us to develop successful strategies against pathogenic viral attack and protect/recover crop plants against devastating viral diseases. In addition, our extended knowledge about recovery may provide also important information to fight against dangerous viral diseases in other organisms.
Final report
Results in Hungarian
Kutatásaink célja, hogy jobban megértsük a legfontosabb antivirális mechanizmusokat és faktorokat amelyek szerepet játszanak növény-vírus kapcsolatban és amelyek a növények vírusfertőzésből való kigyógyulásához vezetnek. Kutatásain során számos számos molekuláris biológiai eszközt használtunk, ideértve a transzgenikus növényeket, a genom-szerkesztést (CRISPR / CAS9), a nagy áteresztő képességű technológiákat (mint például a mély szekvenálás, az RNS-targeting elemzése és a gén expresszió vizsgálata a teljes genom szintjén, stb.), in situ hibridizációt és a bioinformatikát. Azonosítottuk antivirális növényi válaszban Argonaute (AGO) fehérjéket, feltártuk p19 vírus által kódolt RNS silencing szuppresszor fehérje hatását a növényből és vírusokból származó kis interferáló RNS-eken, és meghatároztuk a kisRNS-ek által szabályzott növényi transzkriptumokra gyakorolt hatását is. Bizonyítottuk, hogy az RNS csendesítés nem oka a vírus merisztémából való kizárásának. A transzkriptom analízis, amelyet in situ hibridizációs kísérletekkel egészítettünk ki feltárta hajtás csúcs szöveteiben (ideértve az apikális csúcsi merisztémát, SAM) bekövetkező génexpressziós változásokat amelyet vírusfertőzés okozott. A vírusfertőzés következtében a SAM funkció vesztését figyeltük meg, amelyet a merisztéma-specifikus gének, köztük a WUSCHEL (WUS) csökkenése követett. Eredményeink arra utalnak, hogy a vírusfertőzés következtében bekövetkezett génexpressziós változások amelyek merisztémában és a merisztémához közeli szövetekben volt megfigyelhető fontos szerepet játszanak mind a csúcsnekrózis és a kigyógyulás bekövetkezésében.
Results in English
The goal of the proposed work is to better understand the major antiviral mechanisms/factors and the plant-virus interactions, which can lead to the plant recovery from virus infection. We have used several tools of molecular biology including transgenic plants, genome editing (CRISPR/CAS9), highthroughput technologies, in situ hybridization and bioinformatics. We identified Argonaute (AGO) proteins involved in the antiviral plant response. We explored the effects of p19 virus encoded silencing suppressor protein on the small RNAs derived both from plant and virus and theirs target transcripts were also identified. Finally, we provided evidence that RNA silencing is not the reason for meristem exclusion in Cymbidium ringspot virus infected Nicotiana benthamiana plants. Transcriptome analysis followed by in situ hybridization shed light on the expressional changes in the shoot apical meristem (SAM) region upon virus infection. We observed a severe loss of meristem function in the SAM, which was accompanied by the downregulation of meristem specific genes including WUSCHEL (WUS). Our findings suggest that the observed transcriptomal changes upon virus infection in the meristem and in the tissues close to meristem are the key factors in shoot necrosis and symptom recovery. We observed a significant down regulation in GAPDH level in tissues around the meristem, which likely explains the virus exclusion from the meristem. It is well known that the expression of GAPDH is essential for the virus replication and the lack of GAPDH stops the virus before it invades the meristem tissue.
