 |
Epigenetic regulation of ABA signal transduction: function of ZFP3 zinc finger factor in regulation of chromatin remodeling.
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
118089 |
| Type |
NN |
| Principal investigator |
Szabados, László |
| Title in Hungarian |
Az ABA jelátvitel epigenetikai szabályozása: a ZFP3 cink ujj fehérje szerepe a kromatin szerkezet szabályozásában. |
| Title in English |
Epigenetic regulation of ABA signal transduction: function of ZFP3 zinc finger factor in regulation of chromatin remodeling. |
| Keywords in Hungarian |
Abszizinsav, jelátvitel, kromatin, SWI/SNF complex, gén működés, fehérje kölcsönhatás |
| Keywords in English |
Abscisic acid, signal transduction, chromatin, SWI/SNF complex, gene function, protein interactions |
| Discipline |
| Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % | | Ortelius classification: Plant development |
|
| Panel |
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology |
| Department or equivalent |
Institute of Plant Biology (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Participants |
Baba, Abu Imran
Benyó, Dániel
Cséplő, Ágnes
Darula, Zsuzsanna
Kovács, Hajnalka Éva
Kozma-Bognár, László
Zsigmond, Laura Alexandra
|
| Starting date |
2016-05-01 |
| Closing date |
2021-04-30 |
| Funding (in million HUF) |
43.992 |
| FTE (full time equivalent) |
9.29 |
| 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 abszcizinsav (ABA) bonyolult jelátviteli folyamaton keresztül szabályozza a vízvesztés során fellépő génexpressziós változásokat. Az ABA-hoz kapcsolódó szabályozási mechanizmus számos elemét leírták, ugyanakkor a kromatin szerkezet szerepe ezekben a folyamatokban még kevésbé ismert. Csoportunkban azonosítottunk egy C2H2 típusú cink ujj fehérjét (ZFP3), amely az ABA jelátvitel befolyásolása révén szabályozza a szárazság és sótűrést, de a vörös fény jelátvitelt, virágzást is módosítja. Előzetes eredményeink arra utalnak, hogy a ZFP3 faktor a kromatin szerkezetet módosító SWI/SNF komplexhez kapcsolódik. Kutatási programunkban elsősorban a ZFP3 faktornak a kromatin szerkezet szabályozásában betöltött szerepét szeretnénk vizsgálni. A ZFP3 faktorral kölcsönható fehérjéket, fehérje komplexeket biokémiai módszerekkel (affinity purification) azonosítjuk. A ZFP3 faktor és a kromatin szerkezetet szabályozó faktorok (pl. BRAHMA, SWI3 alegységek) kölcsönhatásait növényi sejtekben jellemezzük (BiFC, Co-IP). A ZFP3 és a SWI/SNF complex alegységei közötti genetikai kölcsönhatásokat inszerciós illetve hipomorf mutánsok keresztezésével előállított többszörös mutáns vonalak analízisével vizsgáljuk. A ZFP3 által befolyásolt genom régiókat kromatin immun precipitációval és újgenerációs szekvenálással (ChIP-seq) azonosítjuk és ChIP-qPCR módszerrel validáljuk. Amennyiben sikerül ZFP3 cél géneket azonosítani, qRT-PCR módszerrel jellemezzük a gének transzkripciós aktivitását. A kutatási programukban reméljük hogy sikerül jellemzi a ZFP3 és a SWI/SNF complex kapcsolatát, és jobban megismerni a kromatin szerkezet szerepét a stress és ABA jelátvitel szabályozásában.
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 utóbbi években több publikációban tudósítottak olyan növényi szabályozási mechanizmusok kölcsönhatásáról amelyek korábban egymástól függetlennek tűntek. Több, a fény, a stresszválasz vagy a hormon jelátvitelben szerepet játszó génről mutatták ki, hogy más, korábban függetlennek gondolt szabályozási mechanizmusokat is befolyásolnak. A kromatin a külső hatások és a genom működése közötti szabályozó határfelületként működik. A kromatin szerkezet változásai számos gén aktivitását illetve életfolyamatot (pl. sejt osztódás, differenciáció, virágzás, a környezet változásaira adott válaszok, stb.) befolyásolnak. A kutatási programunk fő célja annak megértése, hogy befolyásolják a kromatin szerkezet változásai a környezeti stressz illetve az abszcizinsav (ABA) által szabályozott gén expressziós változásokat. Egy, a csoportunkban korábban izolált cink ujj fehérjéről (ZFP3) kimutattuk, hogy az ABA jelátvitel mellett a fény szabályozást is befolyásolja. Előzetes eredményeink arra utalnak, hogy a ZFP3 faktor a SWI/SNF kromatin szerkezetet szabályozó komplexel is kölcsönhat, így befolyásolhatja a kromatin szerkezetet. Spanyol és lengyel kooperációs partnerek segítségével szeretnénk kideríteni a ZFP3 faktor szerepét a kromatin szerkezet meghatározásában, megtudni milyen szabályozó faktorokkal áll kölcsönhatásban illetve ezáltal milyen genom régiók aktivitását befolyásolhatja. Reményeink szerint a kutatásaink révén jobb betekintést kapunk a kromatin szerkezet szerepének fontosságáról a stress és ABA jelátvitel szabályozása szempontjából.
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 szárazság, só vagy hidegtűrés javítása mindig problémás volt a növénynemesítők számára, mert ezeket a tulajdonságokat sok gén határozza meg. Bizonyos gének hatása jelentősebb az ellenállóképesség meghatározása szempontjából, ennek ellenére a fontosabb gének funkciójának megismerése nélkül nehéz őket a molekuláris nemesítési eljárásokba bevonni. A nemesítők számára ismert, hogy a szárazságtűrés számos klimatikus hatástól, például a fény vagy hőmérsékleti viszonyoktól is függ. A különböző környezeti hatások kölcsönhatásainak molekuláris és genetikai szintű megismerése ezért kulcs fontosságú az ellenállóképesség javítását célzó új nemesítési eljárások kidolgozása érdekében. A kutatási programunkat az Arabidopsis thaliana modellen végezzük, mivel leg kiterjedtebb genetikai eszközök és az adatbázisok erre a fajra állnak rendelkezésünkre. Habár az alapkutatások céljaira az Arabidopsis a legalkalmasabb, a kapott információ más fajok kutatása, nemesítése során is felhasználható. Ez nem jelenti, hogy ugyanazok a gének egyformán működnek a különböző fajokban. A szabályozó útvonalak ugyanakkor meglehetősen konzerváltak a különböző fajok között. Ezért a modellnövényen kapott információ segítségével a hasonló szabályozási mechanizmusok könnyebben feltérképezhetőek más fajokon, illetve erre alapozva olyan alkalmazott kutatási programokat lehet megvalósítani, ami gyakorlati problémák megoldását célozza. Ha az Arabidopsis-on megértjük hogyan befolyásolják a fény hatások a szárazság vagy sótűrést, akkor a megfelelő molekuláris markereket alkalmazó nemesítési eljárások vagy célzott genetikai beavatkozások, mutagenesis vagy transzformáció segítségével a haszon növényekben lévő hasonló gének vagy szabályozási folyamatok javítása is könnyebben lehetséges.
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 növények változó környezethez való alkalmazkodása egy komplex szabályozó rendszer irányítása alatt áll, ami a túléléshez szükséges élettani és anyagcsere változásokat írányítja. A szárazság és só stresszel szembeni ellenállóképességet számos gén befolyásolja és egy bonyolult, az abszcizin sav (ABA) hormont is magába foglaló szabályozás irányítja. A stress hatása molekuláris és sejtszintű változásokkal jár, mint például a masszív gén expressziós változások, vagy a különböző védő fehérjék és metabolitok felhalmozódása. Újabb kutatások bizonyították, hogy a stress hatását a kromatin szerkezete is befolyásolja, ami egyébként alapvetően meghatározza a növények fejlődését. A kutatási programunkban a kromatin szerkezet szerepét vizsgáljuk a szárazságtűrés és ABA jelátvitel szabályozása során. Elsősorban az általunk korábban azonosított ZFP3 faktor és a kromatin szerkezetet meghatározó SWI/SNF complex kapcsolatát tanulmányozzuk. Korszerű biokémiai és molekuláris módszerekkel jellemezzük a ZFP3 és a complex alegységek közötti kölocsönhatásokat, genetikai módszerek segítségével tanulmányozzuk a kölcsönhatások biológiai jelentőségét. Habár kutatásainkat az Arabidopsis modellnövényen végezzük, az eredményeink könnyen általánosíthatóak lesznek, mivel a kromatin szerkezet, a stress jelátvitel hasonló a többi növényfajban is. A munkánk eredményei remélhetően hozzájárulnak a só és szárazságtűrés javítását célzó alkalmazott kutatások illetve nemesítési programok sikeréhez.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Abscisic acid regulates the dessication-dependent alterations of gene expression through an intricate signal transduction system. Although numerous elements of the ABA signaling mechanism have been revealed, role of chromatin remodeling in this process is less known. Our group has previously identified the zinc finger protein ZFP3, which regulates ABA-dependent signals, modulates red light signals, and flowering. Preliminary results suggest, that ZFP3 interacts with components of the SWI/SNF chromatin remodeling complex. In our research program we will investigate the role of ZFP3 in chromatin remodeling and its interactions with the SWI/SNF complex. Interaction of ZFP3 and components of SWI/SNF such as BRAHMA and SWI3 will be investigated in yeast and plant cells. Sensitivities of null or hypomorphic mutants of SWI/SNF subunits to salt, osmotic stress and ABA will be tested. Genetic interactions of the SWI/SNF subunits with ZFP3 will be studied with double or triple mutants generated by crossing these mutants with zfp3 null mutant. To identify ZFP3 interacting proteins, biochemical methods (affinity purification) will be used. Interactions of ZFP3 with the identified partners will be characterized by Co-IP or BiFC methods. ZFP3 binding sites will be determined on genomic scale using RNAseq technology. In case ZFP3 targets will be identified, DNA binding will be validated with ChIP-qPCR and expression of the corresponding genes will be tested by qRT-PCR. We expect that our efforts will characterize the connection between ZFP3 factor and the SWI/SNF chromatin remodeling complex, and help to understand how chromatin structure influences hormonal and stress responses.
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.
It the last few years more and more publications shed light to the interactions of seemingly independent regulatory pathways of higher plants, which influence each other. Several regulatory genes in light, stress or hormonal signaling were found to interact. Chromatin has been considered as interface between environment and genome, and changes in chromatin structure were found to modulate gene activities and regulate numerous biological processes such as cell proliferation, differentiation, flowering or responses to different stimuli. In our research program we try to understand the way chromatin remodeling controls stress and ABA-dependent processes, such as transcriptional regulation. Earlier we have identified the zinc finger factor ZFP3, which controls ABA responses, light signaling and modulates expression of a number of ABA and light regulated genes. Based on our preliminary results we assume, that ZFP3 is associated with the SWI/SNF chromatin remodeling complex and the observed phenotypes of zfp3 mutant and the overexpressing plants are the result of modulation chromatin structure. The present project will try to shed light on the role of ZFP3 and related zinc finger factors on chromatin remodeling. In collaboration with our Spanish and Polish partners, we will try to understand how ZFP3 interacts with the SWI/SNF complex, how they modulate chromatin structure and what kind of chromatin targets this factors have in the Arabidopsis genome. We expect that the proposed studies will help the better understanding the role of chromatin remodeling in ABA-dependent regulatory pathways and interactions with other signaling modules.
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.
Drought tolerance is intricately connected to ABA signaling and expression regulation of a large set of genes. Understanding the molecular regulatory processes behind these phenomena is not only an exciting biological problem, but has profound effect on future crop improvement strategies as well. The proposed collaborative project will shed light on the function of chromatin remodeling in ABA signaling and its interaction with other regulatory pathways including light. Characterization of the function of the recently identified ZFP-type factors in this basic regulatory mechanism will improve our knowledge on cross signaling between seemingly independent pathways. Our research will be conducted on the model plant, Arabidopsis thaliana, for which enormous genetic resources and superior databases are available. While Arabidopsis is the best plant for discovery research, the information obtained on this organism can be translated to other plant species, including crops. Understanding how interactions between different environmental regulatory pathways work at the molecular or genetic level is therefore essential to design novel breeding strategies to improve such traits. The proposed project is based on collaboration between a Hungarian and two European laboratories, experts on ABA signaling and chromatin remodeling. The project will therefore contribute to Hungarian and European excellence and competitiveness by encouraging intra-European collaboration in plant research, by sharing knowledge and technology between the Hungarian and partner institutions. Training of young scientists in advanced biochemistry, cell and systems biology approaches such as proteomics and genome engineering will improve their career perspectives.
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.
Adaptation of higher plants to environmental changes requires complex physiological, metabolic adjustments. Resistance to drought and soil salinity is regulated by many genes, and a complicated signaling system in which the plant hormone abscisic acid (ABA) plays a pivotal role. One of the bases of stress adaptation is the adjustment of gene expression patterns, which is controlled by an intricated regulatory mechanism, including transcription regulators, and modification of the chromatin structure. Earlier studies revealed that alterations of chromatin changes accessibility of the associated genes to particular transcription factors which can directly upregulate their transcription. In this project we will investigate how chromatin remodeling influences responses to stress conditions or to ABA. We will concentrate on the characterization of a particular zinc finger factor ZFP3, which we found to interact with the most important chromatin remodeling system, SWI/SNF. We will investigate interactions of ZFP3 and subunits of the SWI/SNF complex, and characterize the biological relevance of such interactions. Using state-of the art molecular, genetic and biochemical tools we expect that we can gain better understanding of the hidden mechanisms, which influence gene expression patterns through changing the structure of nuclear chromatin. While the Arabidopsis model will be used in our experiments, the chromatin is conserved in all eukaryotes, implicating that the knowledge we gain on this plant will be valid to other species, including important crops. Results can therefore be valuable for applied research programs, aiming to improve drought and salt tolerance of crops.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Benyó D, Bató, E., Faragó, D., Rigó, G., Domonkos, I., Labhane, N., Zsigmond, L., Nagy, I., Szabados, L.: The Arabidopsis Zinc Finger Protein 3 and related ZFPs regulate cellular differentiation and plant growth., New Phytology, (NPH-MS-2021-36823, in revision), 2021 | | Cséplő Á, Zsigmond, L, Andrási, N, Baba, A.i., Labhane, N., Pető, A., Kolbert, Zs., Kovács, H.E., Steinbach, G., Szabados, L., Fehér, A., Rigó, G.: The AtCRK5 Protein Kinase Is Required to Maintain the ROS NO Balance Affecting the PIN2-Mediated Root Gravitropic Response in Arabidopsis., Int. J. Mol. Sci. 22:1200716 (accepted manuscript), 2021 | | Alvarez ME, Savouré, A, Szabados, L.: Proline metabolism as regulatory hub, Trends Plant Sci (PLANTS-S-21-00073, in revision), 2021 | | Andrási Norbert, Rigó Gábor, Zsigmond Laura, Pérez-Salamó Imma, Papdi Csaba, Klement Eva, Pettkó-Szandtner Aladár, Baba Abu Imran, Ayaydin Ferhan, Dasari Ramakrishna, Cséplő Ágnes, Szabados László: The mitogen-activated protein kinase 4-phosphorylated heat shock factor A4A regulates responses to combined salt and heat stresses, JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY 70: (18) pp. 4903-4917., 2019 | | Andrási Norbert, Rigó Gábor, Zsigmond Laura, Pérez-Salamó Imma, Papdi Csaba, Klement Eva, Pettkó-Szandtner Aladár, Baba Abu Imran, Ayaydin Ferhan, Dasari Ramakrishna, Cséplő Ágnes, Szabados László: The mitogen-activated protein kinase 4-phosphorylated heat shock factor A4A regulates responses to combined salt and heat stresses, JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY 70: (18) pp. 4903-4917., 2019 | | Kovacs Hajnalka, Aleksza David, Baba Abu Imran, Hajdu Anita, Kiraly Anna Maria, Zsigmond Laura, Toth Szilvia Z., Kozma-Bognar Laszlo, Szabados Laszlo: Light Control of Salt-Induced Proline Accumulation Is Mediated by ELONGATED HYPOCOTYL 5 in Arabidopsis, FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 10: 1584, 2019 | | Andrási Norbert, Pettkó-Szandtner Aladár, Szabados László: Diversity of plant heat shock factors: regulation, interactions, and functions, JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY, 2021 | | Baba Abu Imran, Rigó Gábor, Andrási Norbert, Tietz Olaf, Palme Klaus, Szabados László, Cséplő Ágnes: Striving Towards Abiotic Stresses: Role of the Plant CDPK Superfamily Members, In: Palocz-Andresen, M.; Szalay, D.; Gosztom, A.; Sípos, L.; Taligás, T (szerk.) International Climate Protection, Springer International Publishing (2019) pp. 99-105., 2019 | | Szabados L, Rigó G, Valkai I, Faragó D, Kiss E, Koncz Cs, Van Houdt S, Van de Steene N, Hannah MA: Gene mining in model and halophytic plants: functional identification of stress regulatory genes by random gene transfer and large-scale genetic screens., TASARD 2017 Conference, New Delhi, India, 2017 | | Dávid Aleksza, Hajnalka Kovács, Laura Zsigmond, Gábor V. Horváth, Arnould Savouré, László Szabados: Proline metabolism in plants: complex function and regulation., National Symposium on Genetics, Osmania University, Hyderabad, India., 2017 | | Dániel Benyó, Mary Prathiba Joseph, Nitin Labhane and László Szabados: ZFP3 and flowering time regulation in Arabidopsis., Straub Napok, 2017 május, Szeged., 2017 | | László Szabados, Gábor Rigó, Ildikó Valkai, Dóra Faragó, Edina Kiss, Csaba Koncz, Sara Van Houdt, Nancy Van de Steene, Matthew A. Hannah: Gene mining in model and halophytic plants: functional identification of stress regulatory genes by random gene transfer and large-scale genetic screens., 19th National Biotechnology Congress with International Participation, Eskisehir, Turkey,, 2017 | | Abu Imran Baba, Gabor Rigó, Ferhan Ayaydin, Norbert Andrási, Ateeq Ur Rehman, Janos Urbancsok, Laura Zsigmond, Ildiko Valkai, Imre Vass, Taras Pasternak, Klaus Palme, Laszlo Szabados and Ágnes Cséplő: Functional analysis of CDPK Related Kinase (CRK) family in Arabidopsis thaliana plant., Plant Biology Europe FESPB/EPSO Congress 2018, Copenhagen, Denmark,, 2018 | | Abu Imran Baba, Ildikó Valkai, Nitin Labhane, Norbert Andrási, Laura Zsigmond, László Szabados, Attila Fehér, Gábor Rigó, Ágnes Cséplő: CRK5 protein kinase exhibits an essential role in embryogenesis of Arabidopsis thaliana., Hungarian Molecular Life Sciences 2019 Conference, Eger., 2019 | | Dávid Aleksza, Hajnalka Kovács, Abu Imran Baba, Anita Hajdu, Laura Zsigmond, Szilvia Zita Tóth, Anna Mária Király, László Kozma-Bognár, László Szabados: Light control of salt-induced proline accumulation is mediated by ELONGATED HYPOCOTYL 5 in Arabidopsis., Hungarian Molecular Life Sciences 2019 Conference, Eger, 2019 | | Andrási Norbert, Rigó Gábor, Zsigmond Laura, Pérez-Salamó Imma, Papdi Csaba, Klement Eva, Pettkó-Szandtner Aladár, Baba Abu Imran, Ayaydin Ferhan, Dasari Ramakrishna, Cséplő Ágnes, Szabados László: The mitogen-activated protein kinase 4-phosphorylated heat shock factor A4A regulates responses to combined salt and heat stresses, JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY 70: (18) pp. 4903-4917., 2019 | | Baba Abu Imran, Andrási Norbert, Valkai Ildikó, Gorcsa Teréz, Koczka Lilla, Darula Zsuzsanna, Medzihradszky Katalin F, Szabados László, Fehér Attila, Rigó Gábor, Cséplő Ágnes: AtCRK5 Protein Kinase Exhibits a Regulatory Role in Hypocotyl Hook Development during Skotomorphogenesis., INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 20: (14) 3432, 2019 | | Baba Abu Imran, Valkai Ildikó, Labhane Nitin M, Koczka Lilla, Andrási Norbert, Klement Éva, Darula Zsuzsanna, Medzihradszky Katalin F, Szabados László, Fehér Attila, Rigó Gábor, Cséplő Ágnes: CRK5 Protein Kinase Contributes to the Progression of Embryogenesis of Arabidopsis thaliana., INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 20: (24) 6120, 2019 | | Kovacs Hajnalka, Aleksza David, Baba Abu Imran, Hajdu Anita, Kiraly Anna Maria, Zsigmond Laura, Toth Szilvia Z., Kozma-Bognar Laszlo, Szabados Laszlo: Light Control of Salt-Induced Proline Accumulation Is Mediated by ELONGATED HYPOCOTYL 5 in Arabidopsis, FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 10: 1584, 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
