 |
Role of polyamines in connection with their relation with plant hormones
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124472 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Pál, Magda |
| Title in Hungarian |
Poliaminok szerepének vizsgálata a növényi hormonokkal való kapcsolatrendszerének függvényében |
| Title in English |
Role of polyamines in connection with their relation with plant hormones |
| Keywords in Hungarian |
poliaminok, szalicilsav, gibberellinek, abszcizinsav |
| Keywords in English |
polyamines, salicylic acid, gibberellins, abscisic acid |
| Discipline |
| Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Secondary metabolites (Plant physiology) |
|
| Panel |
Agriculture, Environment, Ecology, Earth Sciences committee chairs |
| Department or equivalent |
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research) |
| Participants |
Hamow, Kamirán Áron
Hamow-Tajti, Judit
Szalai, Gabriella
Végh, Balázs
|
| Starting date |
2017-12-01 |
| Closing date |
2020-05-31 |
| Funding (in million HUF) |
18.884 |
| FTE (full time equivalent) |
1.78 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Azon vegyületeknek a vizsgálata, melyek képesek a növények stresszérzékenységét csökkenteni, kiemelt fontosságú a folyamatosan változó környezeti körülmények miatt. A poliaminok (PA-ok) ígéretes vegyületeknek látszanak az abiotikus stressztolerancia növelésére. Azonban a PA-ok jelátviteli folyamata számos más metabolikus útvonallal és hormonális folyamotokkal áll kapcsolatban, illetve van átfedésben. Így a pontos mechanizmus, amellyel a PA-ok a növényi stresszválaszt irányítják, még nem teljesen ismert. Még mindig hiányos információk állnak rendelkezésre arról, hogy stresszkörülmények között bioszintézisük hogyan szabályozott, milyen génexpresszióra gyakorolt hatásuk, valamint a más növényi hormonokkal való kapcsolatuk. Jelen pályázatban fő célunk, hogy PA kezelések hatását vizsgáljuk Arabidopsis mutánsokon és törpebúza genotípusokon (melyek adott növényi hormon szintézis, transzport vagy érzékenységben hiány mutánsok) különböző stresszkörülmények között, hogy felfedjük a lehetséges antagonista vagy szinergista kapcsolatokat a PA-ok és növényi hormonok között molekuláris és génexpressziós szinten, valamint hogy rávilágítsunk a lehetséges átfedésekre a PA-függő jelátviteli folyamatok és más védekező mechanizmusok között.
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.
Növekvő irodalmi adatok alapján megállapítható, hogy az abiotikus stressztolerancia sokkal inkább a poliaminok jelátvitelben betöltött szerepével függ össze, mint csak a felhalmozódásukkal. Ismert, hogy a poliamin-jelátvitel számos más metabolikus és hormonális folyamatokkal kapcsolt, illetve átfed, ennek ellenére a pontos mechanizmus, hogy a poliaminok hogyan befolyásolják a növényi stresszválaszt még mindig nem eléggé ismert. Megválaszolandó kérdések: 1. Milyen kapcsolat van a PA-ok metabolizmusa és más növényi hormonok, mint az abszcizinsav, gibberellinek és szalicilsav között normál nevelési és különböző stresszkörülmények között (pl. szárazság és kadmium), 2. Milyen hatással van a PA-kezelés a génexpresszióra, különös tekintettel a poliamin-, abszcizinsav-, gibberellin- és szalicilsav-szintézisben szerepet játszó gének, valamint az abiotikus stressz által indukált transzkripciós faktorok esetén. A kérdések megválaszolása érdekében szalicilsav-szintézis, illetve transzport, valamint gibberellin-érzéketlen törpebúza genotípusokat fogunk használni.
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 poliaminok (PA-ok) fontos szerepet töltenek be a stresszadaptációban. Habár bizonyos esetekben korreláció fedezhető fel az endogén PA-szint és a stressztolerancia között, ez a kapcsolat nem minden esetben általánosítható. Így a PA-ok metabolizmusának szabályozásának jobb megismerése új lehetőségeket teremt a növények környezeti hatásokkal szembeni védelmében. A kísérletek fő célja, hogy jobban megértsük a PA-ok anyagcseréjét és jelátvitelét a növényekben kontroll és abiotikus stresszkörülmények között. Az eredmények hasznos információkat nyújthatnak a stresszindukálta jelátviteli folyamatokról, melyek a későbbi nemesítési programban is használhatóak lesznek. A génexpressziós mintázatban tapasztalt változások valamint az egyéb védővegyületek vizsgálatából származó adatok alapját képezhetik ezen vegyületeknek mint stressztolerancia-serkentőknek, széleskörű, mezőgazdasági módszerként való alkalmazásának kidolgozásához. Kutatásainkhoz olyan mutáns növényi anyagokat használunk, melyekről semmilyen irodalmi adat nem található a PA-metabolizmussal vagy jelátvitellel kapcsolatban. Alapkutatásként, a pályázat végterméke a tudományos közlemény növénybiológiai, illetve mezőgazdasági témákban. A publikációk várható száma 2/ részfeladat Q1-Q2 besorolású folyóiratban.
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 számos kedvezőtlen környezeti hatásnak vannak kitéve, mely hatás a globális klímaváltozással tovább fokozódik. Az abiotikus stresszhatások, mint a szárazság és a nehézfémszennyezés súlyos problémát jelent a mezőgazdaságban. A növények stresszérzékenységét csökkenteni képes vegyületek vizsgálata kiemelt jelentőségű. A poliaminok minden növényi sejtben jelen vannak, és képesek makromolekulákkal, mint nukleinsavak, savas foszfolipidek, fehérjék, kapcsolatba lépni, így azokat kedvezőtlen körülmények között megvédeni. Kimutattuk, hogy hidropónikusan adagolva megfelelő körülmények között a poliaminok védelmet nyújtanak a szárazság stresszel szemben, de ennek ellenére a „minél több a PA, annál a jobb” kijelentés nem minden esetben általánosítható. Habár a legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy a poliamin jelátvitel más anyagcsere-utakkal és hormonális folyamatokkal is kapcsolatban áll és átfedések léteznek, a pontos mechanizmus, hogy a poliaminok hogyan fejtik ki szabályozó hatásukat a növényi stresszválasz során, még nem ismert. Ezen pályázat célja, hogy ezen kombinált kísérleti körülmények között rávilágítsunk a PA-ok növényi hormonális szabályozásban betöltött központi „fine tuning” szerepére. A poliaminok és növényi hormonok között kapcsolatokat molekuláris és génexpressziós szintén is tanulmányozzuk növényi hormon szintézisben/traszportban/érzékenységben deficiens mutánsokon. Az eredményektől azt reméljük, hogy a poliamin-metabolizmus szabályozásának megismerése új lehetőségeket mutat a gabonafélék környezeti változásokkal szembeni védelmében.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Investigations on compounds capable of reducing the stress sensitivity of plants are of great importance in the ever changing environment. Polyamines could be promising compounds for the reduction of abiotic stress sensitivity in plants. However, polyamine metabolism and signalling are involved in direct interactions with other metabolic routes and hormonal cross-talks. Thus, the precise mechanism how polyamines control plant responses are largely unknown. There is still a gap in information on the regulation of PAs biosynthesis under control and stress conditions, on their role in gene expression and on their interaction with plant hormones. The main aims of the present proposal are to investigate the effects of polyamine treatment on mutant Arabidopsis and dwarf wheat plants (which are deficient in synthesis or in transport or in sensitivity of one of the plant hormone) under different stress conditions in order to reveal the possible antagonistic or synergistic relationships between polyamines and other plant hormones at molecular and gene expression levels; and to discover the possible overlap of the polyamine-dependent signal transduction pathway with other known protective mechanisms.
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 has been increasingly shown that abiotic stress tolerance is chiefly influenced by the role of polyamines in signalling processes rather than by their accumulation. Recent studies also indicated that polyamine signalling is involved in direct interactions with other metabolic routes and hormonal cross-talks, but the precise mechanism by which polyamines control plant responses are largely unknown. Questions to be answered: 1. what relationships exist between polyamine metabolism and plant hormones, such as abscisic acid, salicylic acid and gibberellins under control and stress condition (cadmium and osmotic stresses), 2. What are the effects of polyamine and abscisic acid treatments on the gene expression, especially on the genes involved in polyamine, abscisic acid, salicylic acid and gibberellin synthesis, and also on stress-induced transcription factors? In order to answer these questions salicylic acid induction-deficient Arabidopsis mutants and GA-insensitive dwarf wheat genotypes will also be used in the experiments.
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.
Polyamines play a critical role in plant stress adaptation. Although in some cases a correlation was found between the endogenous polyamine content and stress tolerance, this relationship cannot be generalized. Thus, insight into the regulation of the metabolism of these compounds will provide new perspectives for plant protection against environmental changes. The main aim of the experiments is to obtain a better understanding of the polyamine metabolism and signalling in plants under control and abiotic stress conditions. The completion of the program will provide valuable information about the stress signalling processes. Results related to changes in the gene expression pattern and induction of protective compounds could provide a sound basis for the elaboration of economic large-scale methods for the use of these compounds to stimulate stress tolerance. No information in the literature about investigation on polyamine metabolism and signalling in the mutant plant materials involved in the present project. This work is basic research, where the final product is publication in international scientific journals in plant biology and agriculture. The expected numbers of the publications are 2 paper/task published in Q1-Q2 journals.
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.
Plants are exposed to many environmental stresses, which are further aggravated by the effects of global climate change. Abiotic stress factors such as drought and heavy metal contamination represent serious problems to agriculture. Investigations on compounds capable of reducing the stress sensitivity of plants are of great importance. Polyamines, which are found in all plant cells, are able to bind to macromolecules e.g. nucleic acids, acidic phospholipids and various types of proteins, thus protect them under stress conditions. In our recent publication it was demonstrated that adding polyamines to the hydroponic solution has been shown to protect crop plant against drought stress, but the statement “the higher the polyamine level the better” cannot be generalised. Although, recent results indicate that polyamine signalling is involved in direct interactions with other metabolic routes and hormonal cross-talks, the precise mechanism by which polyamines control plant responses are largely unknown. The main aims of the present proposal are to highlight and reveal the central role of polyamines in hormonal “fine tuning” under stress conditions. Relationship between polyamines and plant hormones will be studied at molecular and gene expression levels using plant hormone synthesis/transport/sensitivity mutants. Insight into the regulation of the metabolism of these compounds will provide new perspectives for plant protection against environmental changes.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
