 |
Investigation of the regulation and activity of RNA interference executor complexes in model and crop plants.
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
116602 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Havelda, Zoltán |
| Title in Hungarian |
Az RNS interferencia végrehajtó komplexének szabályozásának és működésének vizsgálata modell és gazdaságilag fontos növényekben. |
| Title in English |
Investigation of the regulation and activity of RNA interference executor complexes in model and crop plants. |
| Keywords in Hungarian |
kis szabályozó RNS-ek, végrehajtó complex, fejlődés, növény |
| Keywords in English |
small regulatory RNAs, executor complex, development, plant |
| Discipline |
| Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences) | 60 % | | Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % | | Ortelius classification: Molecular biology | | Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology |
| Department or equivalent |
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre) |
| Participants |
Bálint, Jeannette
Dalmadi, Ágnes
Kis, András
Kis, András
Miloro, Fabio
|
| Starting date |
2015-09-01 |
| Closing date |
2020-11-30 |
| Funding (in million HUF) |
43.996 |
| FTE (full time equivalent) |
6.42 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az RNS interferencia a nem-kódoló kis RNS-ek (smRNS-ek) aktivitásán keresztül részt vesz gén kifejeződés, az epigenetikai jelenségek, stressz folyamatok szabályozásában és patogének elleni védekezésben. A smRNS-ek, mikró (mi) RNS-ek és kis interferáló (si) RNS-ek, képesek cél RNS-eiket az RNS-ek lebontásával és/vagy transzlációs gátlásával szabályozni. Az RNS interferencia végrehajtó komplexének (RISC) központi molekulája az ARGONAUTE1 (AGO1) fehérje, amely részt vesz a siRNS és miRNS útvonalakban is. Az AGO1 fehérje saját kifejeződése is egy miRNS (miR168) által kontrolált folyamat jelezve egy lehetséges visszacsatolási szabályozási mechanizmust. Előzetes edényeink alapján az AGO1 szabályozás eltér a kanonikus miRNS-ek szabályozástól és fontos a RISC komplexbe épült biológiailag fontos smRNS-ek azonosítása. Célunk, hogy pontosan feltárjuk az AGO1 fehérje szövet szintű szabályozásának és működésének részleteit, hogy jobban megérthessük AGO1 szerepét a fejlődési folyamatokban. Kísérleteinkben molekulatömeg szűrési eljárással szeretnék meghatározni a biológiailag aktív, RISC-be épült smRNS-eket, amelyeket klónozás után új generációs szekvenálással vizsgálunk, hogy feltárjuk RISC-be történő beépülés szabályozási funkcióját. Egy új típusú funkció nyeréses mutagenezis rendszer megalapozásával reményein szerint új, eddig le nem írt RNS interferencia faktorokat tudunk azonosítani. Napjaink egyik legfontosabb kihívása a modell szervezeteken elért eredmények átültetése gazdaságilag fontos növényekre, ezért búza és paprika növényeket is bevonunk a kísérletekbe.
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.
Az RNS interferencia jelensége 21-25 nukleotid hosszú, nem kódoló, szabályozó kis (sm)RNS-eken alapszik amelyek, képesek szekvencia homológia alapján a cél RNS-eik aktivitását gátolni és így számos biológiai folyamatot ellenőriznek. A jelenség mögött megbújó komplex szabályozási folyamatok és molekuláris mechanizmusok részletei még feltárásra várnak. Az utóbbi évtized felfedezése, hogy az RNS interferencia különböző útvonalai komplex hálózatot alkotnak, ahol az egyes komponensek redundáns módon működhetnek. Az ARGONAUTE(AGO)1 fehérje, a 10 AGO fehérje egyike, játssza a fő végrehajtó szerepet a mikró (mi)RNS és kis interferáló (si)RNS útvonalakban. A miRNS-ek a legfontosabb smRNS-ek amelyeknek központi szerepük van a legtöbb fejlődési folyamat szabályozásában. Ahhoz, hogy az RNS interferencia működését és egyben felhasználhatóságát megismerhessük, szükség van a részletes szabályozási folyamtok és új eddig nem ismert szabályozó faktorok feltárására. Előzetes eredményeinkre támaszkodva, tervezzük az AGO1 szabályozás új, eddig nem ismert aspektusait vizsgálni. Az eredményeink arra utalnak, hogy a miR168 kontrolált AGO1 szabályozás szövet szinten eltérően működhet és domináns az AGO1 mRNS transzlációs gátlással történő szabályozása. Az eredményeink előrevetítik, hogy a miR168 prekurzor RNS-ének másodlagos szerkezete fontos regulációs szereppel bírhat. A feltételezett finom szabályozás vizsgálata, együtt a további kísérleteinkkel - amelyek az AGO fehérjékhez kapcsolódó biológiailag aktív smRNS-ek és az RNS interferencia új komponenseinek azonosítását célozzák - lehetőséget nyújtanak az RNS interferencia működésének és biológiai aktivitásának új aspektusainak megismerésére.
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!
Az utóbbi 15 év során az RNS interferencia felfedezésével alapvetően megváltozott a tudásunk a gén szabályozást illetően. Kiderült, hogy ez az új kis, szabályozó (sm)RNS-eken alapuló mechanizmus részt vesz fontos fejlődési folyamatok szabályozásában a transzkripciós faktorok expressziójának gátlásával és az epigenetikai folyamatok szabályozásával. Ezenkívül részt vesz az abiotikus és biotikus stresszek elleni védekezésben is. A mostani kutatások megmutatták, hogy ez a szabályozó folyamat fontos szerepet játszik a gazdaságilag fontos növények kedvező tulajdonságainak kialakulásában és a különböző stresszek ellene védekezésében. Ezek a megfigyelések azt eredményezték, hogy ez a terület a gazdaságilag fonton növények fejlesztésének egyik legintenzívebben kutatott területévé vált. Az előzetes adataink alapján képesek lehetünk az RNS interferencia központi végrehajtó molekulájának szabályozásának új aspektusait feltárni. Kapcsolódó kísérleteinkben tervezzük biológiailag aktív az RNS interferencia végrehajtó komplexébe épült smRNS-eket azonosítani illetve létrehozni egy funkció nyeréses mutagenezis rendszert az RNS interferencia új komponenseinek azonosításra. Ezek a kísérleti eljárások hozzájárulhatnak olyan smRNS-ek azonosításhoz, amelyek gazdaságilag fontos tulajdonságokat határoznak meg. Gazdaságilag fontos tulajdonságok fejlesztése az smRNS-ek tranziens vagy stabil expressziójával megváltoztatott génkifejeződési mintázattal vagy epigenetikai státusz változtatásával rendkívül ígéretes lehet a jövőben. Az smRNS-ek felhasználásával sok kockázati tényező redukálható vagy eliminálható (mint pl. idegene gének bevitelének szükségessége, allergén problémák, rekombinációs események stb.). A pályázatunk célja alapkutatás szintjén az RNS interferencia általános működésének vizsgálata. Hosszabb távon azonban ezek az eredmények felhasználhatóakká válhatnak smRNS alapú markerek kifejlesztésében illetve olyan genetikai eljárások kidolgozásában, amelyek alkalmasak gazdaságilag fontos jellegek javítására.
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.
Az RNS interferencia jelensége rövid, szabályozó (sm)RNS-eken alapszik amelyek, képesek szekvencia homológia alapján a cél RNS-eik aktivitását gátolni. A mostani kutatások megmutatták, hogy ez a szabályozó folyamat fontos szerepet játszik a gazdaságilag fontos növények kedvező tulajdonságainak kialakulásában és a különböző stresszek ellene védekezésében. Ezek a megfigyelések azt eredményezték, hogy ez a terület, mint az alap mind az alkalmazott kutatások egyik legfontosabb területévé vált. Az előzetes adataink alapján képesek lehetünk az RNS interferencia központi végrehajtó molekulájának szabályozásának új eddig nem ismert aspektusait feltárni. A tervezett pályázat keretében az RNS interferencia komponenseinek finom szabályozását szeretnénk vizsgálni, a kísérletekbe gazdaságilag fontos növényeket is bevonva, és új eddig le nem írt RNS interferencia faktorokat is tervezünk azonosítani. A pályázatunk célja alapkutatás szintjén az RNS interferencia általános működésének vizsgálata és új komponensek feltárása. Hosszabb távon azonban ezek az eredmények felhasználhatóakká válhatnak smRNS alapú markerek kifejlesztésében, amelyek segíthetik a nemesítők munkáját illetve alapját képezhetik olyan genetikai eljárások kidolgozásának, amelyek alkalmasak gazdaságilag fontos jellegek javítására.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
RNA interference is a small non-coding RNA (smRNA) based regulatory system acting in gene expression control, development, abiotic stresses, epigenetic regulation and pathogen defence. SmRNAs, micro (mi) RNAs and small interfering (si) RNAs, regulate their target RNAs by inducing RNA degradation or translational repression. The central component of RNA-induced silencing complex (RISC; the executor complex of RNA interference) is the ARGONAUTE1 (AGO1) protein which is involved in both siRNA and miRNA pathways. AGO1 expression itself is under the control of miRNA a (miR168) suggesting feed-back regulatory mechanism. Our preliminary results indicate some unexpected features of AGO1 regulation compared to canonical miRNA based control and the importance of identification biologically active smRNAs incorporated into the RISCs. Our aim to investigate the fine regulation and tissue specific activity of AGO1 to reveal the specific regulation process lying behind its control and the tissue specific role of AGO1 in developmental processes. Moreover, applying a molecular size separation method RISC bound smRNAs will be retrieved and analysed using next generation sequencing method to investigate the regulatory function of RISC loading. We will establish a new type of gain-of-function mutant screen to identify factors modulating the activity RNA interference pathway. One of the most important efforts is to transfer the gained results to economically important crops hence crop plants, such as pepper and wheat, will be investigated.
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.
RNA interference pathways in which small (21-25 nucleotide long), non-coding, regulatory (sm)RNAs repress the expression of sequence homologous target RNA species are involved in the regulation of various important endogenous pathways. However the mode of action and molecular regulatory mechanisms lying behind this phenomenon still needs to be explored. In the last decade it turned out that the RNA interference pathways compose an interconnected network where components can act in a redundant manner. AGORGONAUTE(AGO)1, one of the 10 AGOs encoded in the Arabidopsis genome, is the key executor molecule in micro(mi)RNA and also in pathogen defence associated small interfering (si) RNA pathways. MiRNAs are the most important smRNA governing diverse developmental processes. For further understanding and potential application of RNA interference it is imperious to reveal the fine regulatory mechanisms and also new factors affecting this phenomenon. The aim of the proposed work, based on our preliminary data, to investigate a new and unexpected features of AGO1 regulation in plants. Our data suggest, that mR168 mediated AGO1 regulation acts in tissue specific manner potentially via translational control of AGO1 RNA. Moreover, according to our data the secondary structure of miR168 precursor exerts an important regulatory mechanism. The detailed investigation of these potential regulatory mechanisms together with our planned experiments aiming to identify AGO protein bound biologically active smRNAs and new factors influencing the activity of RNA interference can provide new, significant information on the mode of action and biological role of RNA interference.
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.
In the last 15 years the discovery of RNA interference has drastically changed our understanding on gene regulation. It turned out that this new, indispensable small regulatory (sm)RNA mediated mechanism was demonstrated to play crucial role in developmental processes by repressing the expression of transcription factors, directing/maintaining epigenetic properties and also involved in responses to biotic and abiotic stresses. Recent studies revealed that RNA interference can be a major factor regulating development of important traits of crop plants and key component of crop pathogen and stress resistance. As a result of these observations RNA interference has become an intensively researched filed of crop improvements. Based on previous result we believe that we will be able to reveal a new aspect of the regulation of the master RNA interference executor molecule. Moreover, we aim to experimentally identify tissue specific smRNA incorporation into the executor complex of RNA silencing and establish a gain-of-function mutagenesis approach to identify new components to of RNA interference pathway. These approaches can help to identify genuine smRNAs playing pivotal role in the economically important traits of crop plants. Usage stable or transient smRNA expressions for modulating gene expression or epigenetic status to enhance crop quality in the future is especially advantageous since cis-genic application of these short regulator RNA molecules eliminate several problems associated with transgenic technology (such as introduction of foreign genes, possible allergenic problems, recombination events etc.). This grant proposal aims to carry out basic research understanding fundamental RNA silencing regulation mechanisms. However, in long term, the generated basic knowledge can be translated into development of molecular markers and genetic approaches leading to the improvement of economically important traits.
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.
RNA interference is recently discovered small RNA molecules based regulatory system, which acts by repression of various target RNA species. Recent studies revealed that RNA interference can be a major factor regulating development of important traits of crop plants and key component of crop pathogen and stress resistance. As a result of these observations RNA interference has become an intensively researched filed of basic and also applied sciences. Our previous work on the field of RNA interference provided preliminary results on the regulation of the central executor component of this phenomenon suggesting a new unexpected regulatory mechanism. In the frame of the proposed grant we would like to investigate the fine regulation of RNA silencing components, involving crop species as well, and identify new factors associated with RNA interference pathway. The proposal aims to carry out basic research to understand and reveal new fundamental RNA silencing regulation mechanisms. However, in long term, the generated basic knowledge can be translated into development of applied approaches facilitating the work of breeders or leading to genetic approaches which can help the improvement of economically important traits of crops.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
