 |
Environmental plasticity of grapevine leaf phenolics: Microlocalization and functional analysis
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124165 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Hideg, Éva |
| Title in Hungarian |
Fenoloidok funkcionális plaszticitása szőlőlevelekben: A mikrolokalizáció és az élettani szerepek összefüggései |
| Title in English |
Environmental plasticity of grapevine leaf phenolics: Microlocalization and functional analysis |
| Keywords in Hungarian |
szőlő (Vitis vinifera), Furmint, alkalmazkodás, UV, flavonoidok, fenolos savak, funkcionális plaszticitás |
| Keywords in English |
Vitis vinifera, Furmint, acclimation, UV, tempretaure, flavonoids, phenolic acids, environmental plasticity |
| Discipline |
| Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Secondary metabolites (Plant physiology) | | Horticulture (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % |
|
| Panel |
Plant and animal breeding |
| Department or equivalent |
Insitute of Biology (University of Pécs) |
| Participants |
Csepregi, Kristóf
Czégény, Gyula
Jakab, Gábor
Kőrösi, László Tamás
Márk, László
Mátai, Anikó
Rácz, Arnold
Teszlák, Péter
|
| Starting date |
2017-11-01 |
| Closing date |
2022-04-30 |
| Funding (in million HUF) |
47.634 |
| FTE (full time equivalent) |
10.72 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Munkánk célja a szőlő levelek rövid és hosszútávú környezeti változásokhoz történő alkalmazkodásának vizsgálata, a fenolos vegyületek metabolikus plaszticitásának értékelése. A környezeti hatások, a fotoszintetikus és fotokémiai jellemzők, a fenoloid profil és az antioxidáns kapacitás összefüggéseit vizsgáljuk a Furmint szőlő három klón változatában.
A munka újdonsága a többszempontos megközelítés mellett a fenoloid mikrolokalizáció változásainak vizsgálata képalkotó analitikai (MALDI-IMS) eljárással, ami lehetővé teszi, hogy a leveleken belüli különböző szövetek egyedi alkalmazkodási stratégiáit is elemezzük.
Három kísérletcsoportot terveztünk:
(1) Hosszútávú alkalmazkodás. Több éven át követjük három különböző magyarországi szőlészetben a leveleket teljes fejlődésük során (rügyfakadástól zsendülésig) érő környezeti hatások (csapadék, hőmérséklet, megvilágítás) és a fenoloid válaszok összefüggéseit.
(2) Napi (diurnális ciklus szerinti) fény és hőmérsékleti hatások okozta gyors fenoloid válaszok elemzése
(3) A lombozat szőlészeti gyakorlat során történő ritkításával okozott, hirtelen fény kitettségbeli változás hatásának vizsgálata.
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.
Hogyan járul hozzá a fenoloidok metabolikus plaszticitása a levelek változó környezethez történő rövid- és hosszútávú alkalmazkodásához?
Korábbi saját eredményeink és a szakirodalom alapján felállított munkahipotézisünk szerint a fenoloidok, elsősorban a flavonolok és hidroxi-fahéjsavak mennyiségi és minőségi változásai, ezek antioxidáns funkciója teszi lehetővé az oxidatív stressz elkerülését illetve mérséklését, és ezáltal a fotoszintetikus funkció védelmét. Ennek mértéke, dinamikája azonban nem ismert, ahogyan az sem, hogyan realizálódnak az egyes szövetekben a fenoloidok (eddig elsősorban in vitro körülmények között jellemzett) potenciális védő tulajdonságai.
Megvizsgáljuk azt is, hogyan tükröződnek a levelek hosszú távú környezeti hatásokra adott válaszai a szőlészeti gyakorlat végtermékében, a három helyszínen vizsgált növényeken termett bogyókból készült bor fenolos profiljának összehasonlításával.
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!
Alap-, felfedező kutatási dimenzió:
A tervezett kutatás különböző szakterületek és mérési eljárások egyedi kombinációját alkalmazza, szabadföldi méréseket és modern analitikai eljárásokat ötvöz. A levelek fenoloid és antioxidáns profiljainak összehasonlító elemzése a környezeti tényezők tükrében történik, és kiegészül egy új, a magyarországi növénybiológiai kutatásokban eddig még nem (a nemzetközi kutatásban is ritkán) alkalmazott módszerrel: a fenoloidok képalkotó analitikai (MALDI-IMS) vizsgálatával. Ez teszi lehetővé. hogy megvizsgáljuk, hogyan járulnak hozzá a levél különböző szövetei az alkalmazkodáshoz, mennyiben realizálódnak az adott mikrokörnyezetben fenoloid vegyületek potenciális védő szerepei.
Hasznosíthatóság, alkalmazási kilátások:
A kísérletekbe bevont háromféle Furmint klón összehasonlító növényfiziológiai vizsgálatára eddig még nem került sor. Hosszú távú környezeti alkalmazásuk vizsgálatának eredményei mechanizmusok feltárán túl a termesztők számára is informatívak és értékesek lehetnek. További kutatásokkal kiegészítve a jövőben segíthetik a szőlészet meteorológiai viszonyaihoz legjobban illő Furmint klón megválasztását.
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 szőlő fontos gazdasági haszon növényünk. 2017 a Furmint éve, és a kutatásunkban ezt az őshonos magyar fajtát vizsgáljuk.
A természetes napsütésben fejlődő szőlőnövény leveleinek alkalmazkodása a változó fény, ultraibolya sugárzás, hőmérsékleti és csapadék viszonyok között kulcsfontosságú. A sikeres alkalmazkodás azt jelenti, hogy a levelek megőrzik a napfény hasznosításának képességét, táplálják a növény egészét, biztosítják a termés és ezzel a bor jó minőségét. Ebben fontos szerepük van az anyagcsere termékek egy speciális csoportjának, az úgynevezett fenoloidoknak, melyek többek között antioxidánsként védik a leveleket. A környezet változásai különböző időskálán következhetnek be és fejthetik ki hatásaikat: hosszútávon a (a rügyfakadástól a természetes levél öregedési folyamatok kezdetéig), napi szinten változva (pl. a reggeltől estig változó megvilágítás és hőmérséklet) vagy akár hirtelen (pl. a szőlészeti gyakorlat során alkalmazott lombozat ritkítás okozta fénykitettség változások).
A kutatás során ezen a három időskálán vizsgáljuk a környezeti hatások, a növényfiziológiai jellemzők, az antioxidáns tulajdonságok, valamint a levelekben a fenoloidok mennyiségének, típusainak és pontos szöveti helyének (mikrolokalizációjának) összefüggéseit. Vizsgálataink várhatóan azt mutatják majd meg, melyek azok a környezeti tényezők, amik leginkább meghatározóak, és hogyan segítik elő az anyagcsere utak kismértékű változásai az alkalmazkodást. A felfedező, alapkutatási értékük mellett az eredmények a termesztőket is segíthetik abban, hogy a fajtán belüli különböző változatok (az ún. klónok) közül a termőhely környezeti adottságainak leginkább megfelelőeket válasszák.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of the proposed research is to explore how the phenolic plasticity of grapevine leaves contributes to long and short term acclimation to their changing environment, primarily but not restricted to light and temperature conditions. This will be achieved by linking changes in both phenolic composition and micro-localization to adaptive responses in leaf physiology (photosynthesis, stomata opening, photochemical efficiency and non-photochemical energy dissipation) and antioxidant status.
The work will include registering and analyzing responses in three different time frames:
(1) Long term acclimation during leaf development from bud-break to veraison at three locations within Hungary, including three clone variations of Furmint. In addition to leaves, corresponding wines from berries of the same plants will also be compared.
(2) Impact of diurnal light and temperature variations on leaves.
(3) Short-term acclimation to sudden changes in light conditions as a result of training and thinning of the canopy.
Comparative studies of phenolic and antioxidant profiling will include micro-localization of phenolic compounds in leaves using mass spectrometry imaging (MALDI-IMS, a novel technique in plant research, expecially in grapevine metabolomics).
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.
How does the phenolic plasticity of grapevine leaves contribute to long and short term acclimation to their changing environment? Which climate components are the strongest correlators for phenolic contents and antioxidant capacities?
We expect to identify changes in either qualities or quantities of grapevine leaf metabolites promoting acclimation to potentially adverse environmental conditions. The antioxidant function of phenolics, especially of flavonols and hydroxycinnamic acids is expected to prevent or lessen oxidative stress and thus protect photosynthetic functions. The extent and dynamics of these changes are to be explored, with special emphasis on cellular micro-localizations of metabolites
Additionally, long term acclimation studies will characterize physiological responses and phenolic plasticity of leaves of three Furmint clones at three different locations, and also explore the success of their acclimation to environmental factors as realized in the phenolic profiles of corresponding wines.
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.
Significance as basic, exploratory research:
The proposed research will apply a unique combination of field work and modern analytical methods. The potential of phenolic compounds to contribute to leaf acclimation will be explored in a combination of phenolic and antioxidant profiling. The unique and novel aspect of the work is that the realization of such potential in planta will be verified using mass spectrometry imaging (MALDI-IMS) of phenolics to correlate micro-localizations and cellular functions.
Agricultural relevance:
The comparative characterization of the acclimative performance of Furmint clones under different meteorolocical conditions is expected to be of interest for growers.
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.
Grapevine plants are typically grown in sunny areas. Intense sunlight (including ultraviolet radiation) as well as extreme whether events may decrease the ability of leaves to perform photosynthesis. Such damage affects berry production and eventually wine quality. The adaptation of grapevine leaves to light and temperature conditions is expected to be different on long time scale (throughout the life of leaf from bud-break to the onset of senescence), daily (from dawn to dusk) and in response to sudden events, such as thinning the leaf canopy as part of agricultural practice.
The proposed research will explore all three time scales, comparing changes in leaf physiology functions, the antioxidant capacities of leaves and relate these to the amounts, chemical types and localization of special metabolites (phenolic compounds) in leaves. The aim of the study is to understand how the ability of the leaves to fine-tune and orchestrate these metabolic changes is helpimg their adaptation to changing climate conditions.
Results of this basic, exploratory research will in the future help growers to select cultivars and clones best suitable to local vineyard conditions.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Anikó Mátai, Dóra Nagy, Éva Hideg: A tale of two factors: Can UV-B modify drought responses?, Abstracts of the International Association of Plant UV Research 2nd Network Meeting page 39. ISBN 978-961-6822-47-3, 2018 | | Kristóf Csepregi, László Kőrösi, Péter Teszlák, Éva Hideg: How do grapevine leaf phenolic contents respond to daily changes in environmental factors?, Abstracts of the International Association of Plant UV Research 2nd Network Meeting page 22. ISBN 978-961-6822-47-3, 2018 | | Arnold Rácz, Gyula Czégény, Éva Hideg: Exogenous hydrogen peroxide affects leaf UV-B responses., Abstracts of the International Association of Plant UV Research 2nd Network Meeting page 38. ISBN 978-961-6822-47-3, 2018 | | Éva Hideg, Kristóf Csepregi, László Kőrösi, Péter Teszlák: A day in the vineyard - Short term responses of leaf phenolic compounds to environmental factors., Abstract Book for the Plant Biology Europe Conference in Copenhagen, page 344. ISBN 978-87-996274-1-7, 2018 | | Anikó Mátai, Dóra Nagy, Éva Hideg: External factors modifying acclimative leaf UV-B responses., Abstract Book for the Plant Biology Europe Conference in Copenhagen, page 82. ISBN 978-87-996274-1-7, 2018 | | Arnold Rácz, Gyula Czégény, Éva Hideg: The role of hydrogen peroxide and its detoxification in acclimation to supplemental UV-B., Abstract Book for the Plant Biology Europe Conference in Copenhagen, page 418. ISBN 978-87-996274-1-7, 2018 | | Mátai Anikó, Jakab Gábor, Hideg Éva: Levelek alacsony dózisú UV-B sugárzásra adott válaszának módosítása külső tényezőkkel., XXXVII. Óvári Tudományos Napok Összefoglalók 211. old. ISBN 978-615-5837-14-2, 2018 | | Mátai A, Nagy D, Hideg É: A tale of two factors: Can UV-B modify drought responses?, Abstracts of the International Association of Plant UV Research 2nd Network Meeting page 39. ISBN 978-961-6822-47-3, 2018 | | Csepregi K, Kőrösi L, Teszlák P, Hideg É: How do grapevine leaf phenolic contents respond to daily changes in environmental factors?, Abstracts of the International Association of Plant UV Research 2nd Network Meeting page 22. ISBN 978-961-6822-47-3, 2018 | | Rácz A, Czégény Gy, Hideg É: Exogenous hydrogen peroxide affects leaf UV-B responses., Abstracts of the International Association of Plant UV Research 2nd Network Meeting page 38. ISBN 978-961-6822-47-3, 2018 | | Hideg É, Csepregi K, Kőrösi L, Teszlák P: A day in the vineyard - Short term responses of leaf phenolic compounds to environmental factors., Abstract Book for the Plant Biology Europe Conference in Copenhagen, page 344. ISBN 978-87-996274-1-7, 2018 | | Mátai A, Nagy D, Hideg É: External factors modifying acclimative leaf UV-B responses., Abstract Book for the Plant Biology Europe Conference in Copenhagen, page 82. ISBN 978-87-996274-1-7, 2018 | | Rácz A, Czégény Gy, Hideg É: The role of hydrogen peroxide and its detoxification in acclimation to supplemental UV-B., Abstract Book for the Plant Biology Europe Conference in Copenhagen, page 418. ISBN 978-87-996274-1-7, 2018 | | Mátai A, Jakab G, Hideg É: Levelek alacsony dózisú UV-B sugárzásra adott válaszának módosítása külső tényezőkkel., XXXVII. Óvári Tudományos Napok Összefoglalók 211. old. ISBN 978-615-5837-14-2, 2018 | | Csepregi K, Teszlák P, Kőrosi L, Hideg É: Changes in grapevine leaf phenolic profiles during the day are temperature rather than irradiance driven, Plant Physiology and Biochemistry 137, 169-178, 2019 | | Hideg É: Physiological plasticity complements the genetic adaptation of grapevine leaves to solar radiation, 2019 ESP-IUPB World Congress Book of Abstracts, p. 483, 2019 | | Mátai A, Nagy D, Jakab G, Hideg É: Interactions of UV-B with other factors affecting leaf antioxidants, 2019 ESP-IUPB World Congress Book of Abstracts, p. 402, 2019 | | Hideg É, Teszlák P, Kőrösi L, Csepregi K: Short-term changes in leaf flavonoids during a day in the vineyard, UV-B and Climate Change; impacts on plants and vegetation. UV4Plants Workshop Book of Abstracts, Marcel A.K. Jansen (ed.), p.23, 2019 | | Mátai A, Jakab G, Hideg É: BABA: a new player has entered the game, UV-B and Climate Change; impacts on plants and vegetation. UV4Plants Workshop Book of Abstracts, Marcel A.K. Jansen (ed.), p.24, 2019 | | Rácz A, Czégény Gy, Hideg É: Plants' little helper, the effects of hydrogen peroxide pre-treatment, UV-B and Climate Change; impacts on plants and vegetation. UV4Plants Workshop Book of Abstracts, Marcel A.K. Jansen (ed.), p.235, 2019 | | Rácz A, Czégény Gy, Csepregi K, Hideg É: Ultraviolet-B acclimation is supported by functionally heterogeneous phenolic peroxidases, Scientific Reports 10, Article number: 16303, 2020 | | Hideg É, Czégény Gy, Rácz A, Csepregi K, Mátai A, Szata B, Jakab G, Teszlák P: Quantifying the invisible? - Evaluating acclimative responses of leaf photosynthesis to UV in indoor and outdoor experiments, Plant responses to UV radiation - Diversity in time and space. Abstract book. 3rd Network Meeting of the UV4Plants Association 13th – 16th October 2020, p.12., 2020 | | Janda T, Hideg É, Vanková R: Editorial: The role of light in abiotic stress acclimation., Frontiers in Plant Sciences 11: 184, 2020 | | Rácz A, Hideg É: Narrow-band 311 nm ultraviolet-B radiation evokes different antioxidant responses from broad-band ultraviolet, Plants 10,1570, 2021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
