Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
40 %
Epigenetics and gene regulation (Council of Medical and Biological Sciences)
30 %
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Genetika és Biotechnológia Intézet (MATE) (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants
Dalmadi, Ágnes Kis, András
Starting date
2017-12-01
Closing date
2023-11-30
Funding (in million HUF)
47.946
FTE (full time equivalent)
4.50
state
running project
Final report
Results in Hungarian
A projekt során létrehoztunk egy megbízható és hatékony CRISPR/Cas9 közvetítésű genomszerkesztő rendszert árpában, és egy új technológiai platformot dolgozunk ki, amely alkalmas a nagy hexaploid genommal rendelkező kenyérbúza célzott mutációjának előidézésére. A genomszerkesztési technológiát felhasználva különböző biológiai útvonalakat céloztunk árpában. Azonosítottuk az RNS interferencia útvonal, amely fontos szerepet játszik a fejlődési folyamatokban és a stresszválaszokban, legjelentősebb tagjait. Számos RNS-interferencia mutáns vonalat hoztunk létre. A mutáns árpa növények elemzései kimutatták, hogy az RNS-interferencia komponensek fontos, a fejlődési folyamatokat meghatározó tényezői, de ami még fontosabb, nagyon fontos szerepet játszanak a hőstressz hatásainak enyhítésében. A CRISPR/Cas9 rendszer sikeres közvetlen alkalmazását is bemutattuk egy fontos DNS vírus ellen. Kimutattuk, hogy a GW2.1 gén mutációja megnyúlt szemek kialakulását és megnövekedett fehérjetartalmat eredményez. Ugyanakkor azonban a GW2.1 funkcióvesztése jelentős termés csökkenést idéz elő, amelyet a csökkent kalász szám és az alacsony szemkötődés okoz. Eredményeink hozzájárulnak a szemfejlődés és az RNS-interferencia útvonal szerepének jobb megértéséhez az árpában, és új lehetőségeket nyithatnak meg az árpa és más egyszikűek mennyiségi és minőségi genetikai javításának megalapozására.
Results in English
During this project we have established the reliable and efficient CRISPR/Cas9 mediated genome editing system in barley and we are elaborating a new technological platform suitable for inducing targeted mutation in bread wheat possessing a large hexaploid genome. Utilizing the genome editing technology we addressed different biological pathways in barley. We identified the most prominent members of the RNA interference pathway, which plays important role in developmental processes and stress responses. We generated several knock-out lines for RNA interference components. Analyses of mutant barley plants revealed that RNA interference components are important factors determining developmental processes, but more importantly, play very important roles in alleviation of effects of heat stresses. We also demonstrated the succesfull direct utilization of CRISPR/Cas9 system against a destructive DNA virus. Moreover, we showed that mutation in GW2.1 homologue results in the development of elongated grains and increased protein content. However, the same time, GW2.1 loss of function induces a significant grain yield deficit caused by reduced spike numbers and low grain setting. Our findings contribute to the better understanding of grain development and roles of RNA interference pathway in barley and can open new possibilities establishing quantitative and qualitative genetic improvement in barley and other monocots.
Hamar E., Szaker H.M., Kis A., Dalmadi A., Miloro F., Szittya G., Taller J., Gyula P., Csorba T., Havelda Z.: Genome-wide identification of RNA silencing-related genes and their expressional analysis in response to heat stress in barley (Hordeum vulgare L.)., Biomolecules 10, 929, 2020
