 |
Examination of endophytic fungi and postharvest changes of horseradish roots
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128021 |
| Type |
FK |
| Principal investigator |
Gonda, Sándor |
| Title in Hungarian |
Tormagyökér endofiton gombáinak és posztharveszt változásainak vizsgálata |
| Title in English |
Examination of endophytic fungi and postharvest changes of horseradish roots |
| Keywords in Hungarian |
metabolomika, poszt-harveszt, endofitonok, kémiai adaptáció |
| Keywords in English |
metabolomics, post-harvest, endophytes, chemical adaptation |
| Discipline |
| Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Ortelius classification: Secondary metabolites (Plant physiology) | | Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences) | 15 % | | Ortelius classification: Crop protection | | Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences) | 15 % |
|
| Panel |
Complex agricultural sciences |
| Department or equivalent |
Department of Botany (University of Debrecen) |
| Participants |
Csoma, Hajnalka
Cziáky, Zoltán
Kiss, Attila
Mikóné Hamvas, Márta
Plaszkó, Tamás
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2023-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
39.200 |
| FTE (full time equivalent) |
10.55 |
| 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 növényi mikrobiom, valamint a növényi mikrobiom metabolomra, ill. a növényre való kapcsolata egyre intenzívebb kutatási terület, a fenntartható mezőgazdaság egyik alapjának tartott megközelítés. Jelen pályázat egy jelentős regionális termék, a torma poszt-harveszt viselkedésének és elicitációjának, valamint gomba mikrobiom és metabolom (főként a bioaktív izotiocianátok) szintű variabilitásának vizsgálatát tűzi ki célul.
A kérdések megválaszolásához klasszikus (munkák izolált gomba vonalakkal, vegyületek megtisztítása) és a legmodernebb módszertan (metabolomika, adatbányászat) elemeit is fel kívánjuk használni.
A projektben karakterizálni tervezzük a tormagyökér tipikus gomba mikrobiomját, valamint izolálni egyes, endofitonokban előforduló bioaktív természetes vegyületeket. Bizonyítani kívánjuk, hogy a torma endofitonok valamely módon alkalmazkodtak a tormában jelen lévő kémiai komponensekhez. Meg kívánjuk vizsgálni a Magyarországon hozzáférhető termesztett változatok közötti metabolom és mikrobiom szintű különbséget, valamint a kettő közötti esetleges összefüggések vizsgálatát tervezzük adatbányászati és adatvizualizációs módszerekkel. Továbbá, a tormagyökér poszt-harveszt változásainak vizsgálatát tervezzük, a gyökér viselkedését elicitációs modellekbe bevonva. Az elicitáció során stressz hatások (többek között endofiton inokuláció) segítségével kíséreljük meg a bioaktív komponensek koncentrációjának növelését.
A projekt nem csak értékes alapkutatási eredményeket hozhat. A mikrobiom-metabolom korrelációk vagy a poszt-harveszt eredmények termesztés-, ill. tárolástechnológiába való átültethetőségét is valószínűsítjük.
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.
A munka fő hipotézisei a következőek.
1. A tormagyökér gomba endofitonjainak karakterizálása. A kutatás során kultúramentes ill. klasszikus módszerekkel is igyekszünk a tormában élő endofiton fonalas gombák variabilitását fajszinten definiálni, ezen felül egyes érdekes fajok kémiai karakterizálását is tervezzük (bioaktív hatóanyagaik izolációja és karakterizálása).
2. Kimutatható-e az endofitonok növényi metabolomhoz való adaptációja? Egyrészt a növényi metabolitok endofitonokra kifejtett hatását vizsgáljuk egyéb fonalas gombákat (pl. talajgombákat) kontrollként felhasználva, másrészt a növényi metabolom, ill. a növényben előforduló vegyületek biotranszformációs termékeit keressük.
3. Van-e szignifikáns kémiai variancia a magyarországi torma fajták között? A széles körben elterjedt, termesztésbe vett fajták metabolomjának különbségeit vizsgáljuk, majd adatbányászati modellekben keressük meg azokat a termesztési paramétereket, vagy endofiton mintázatokat, amelyek befolyásolhatják azt.
4. Milyen posztharveszt változásokat mutat a tormagyökér? A tormagyökér posztharveszt elicitációs vizsgálatokban stresszhatásokkal vagy endofiton inokulációval kíséreljük meg a fokozott bioaktív vegyület-tartalom elérését. A vizsgálatok során metabolomikai változásokat és a mirozináz enzim aktivitását is követjük.
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 növényi mikrobiom – metabolom interakció, a posztharveszt elicitáció és a posztharveszt kolonizáció mind ígéretes, feltörekvő kutatási területek. Az eredmények az endofitonok posztharveszt stádiumban való alkalmazhatósága kapcsán nagy jelentőségűek, várhatóan alapvető hatással rendelkező dologról van szó.
Az adatbányászati módszerekkel immár olyan jelenségek feltárása is lehetséges, amelyre egy évtizeddel korábban még alapvetően nem volt lehetőség – konkrétan a metabolom – mikrobiom korrelációk vizsgálatának eredménye kapcsán várható jelentős érdeklődés a szakma részéről.
A projektet tervező csapat erősségei a komplexitás (sok megközelítés), valamint a korszerű (metabolomika, adatbányászat) és klasszikus módszertan összhangja. A projekt további erőssége, hogy kifejezetten a növényre vonatkozó szakmai tapasztalat találkozik forró kutatási témával és a tormatermesztés körüli aktuális, praktikus kérdésekkel. Igen fontos, hogy kapcsolataink révén megfelelő és stabil hozzáférésünk van a különféle torma vonalakhoz, ill. a termesztéssel, tárolással kapcsolatos know-how-hoz is.
Az eredmények hatással lehetnek a fajták további szelekciójára, szerencsés esetben azonosíthatnak olyan tényezőket (endofitonokat) is, amelyek alapvetően befolyásolják a tormagyökér piacképességét. Ezen felül, valószínűsítjük a poszt-harveszt eredmények tárolás-technológiai adaptációjának lehetőségét, amely egyrészt növeli a hozzáadott értéket, másrészt eddig kevésbé értékesnek tekintett torma sarzsok piacképességének fokozását is lehetővé teheti. Így az eredmények a régió számára hasznos alkalmazott kutatás alapjául is szolgálhatnak a későbbiekben.
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 növényekkel szoros kapcsolatban élő mikróbák (a “mikrobiom”) és növénnyel való kapcsolata egyre intenzívebb kutatási terület, a fenntartható mezőgazdaság egyik alapjának tartott megközelítés. Jelen pályázat egy jelentős regionális termék, a torma betakarítás utáni (“poszt-harveszt”) viselkedésének vizsgálatát, hatóanyagainak szintjének további lehetséges fokozását, valamint mikrobiom és a hatóanyagok vizsgálatát tűzi ki célul.
A kérdések megválaszolásához a klasszikus és a legmodernebb módszertan (pl. adatbányászat) elemeit is fel kívánjuk használni.
A projektben karakterizálni tervezzük a tormagyökérben élő tipikus nem-kórokozó gombákat, valamint tisztán előállítani egyes biológiai hatással rendelkező természetes vegyületeiket. Bizonyítani kívánjuk, hogy a tormában élő gombák valamely módon alkalmazkodtak a tormában jelen lévő anyagokoz. Meg kívánjuk vizsgálni a magyarországi termesztett változatok közötti hatóanyag-mintázat és gombaközösség szintű különbséget, valamint a kettő közötti esetleges összefüggések vizsgálatát tervezzük adatbányászati és adatvizualizációs módszerekkel. Továbbá, a tormagyökér poszt-harveszt válaszának vizsgálatát tervezzük, a gyökeret stressznek kitéve (többek között gombák beoltásával) és további hatóanyagok termelésére kényszerítve.
A projekt nem csak értékes alapkutatási eredményeket hozhat. A mikrobiom-metabolom összefüggések vagy a poszt-harveszt eredmények termesztés-, ill. tárolástechnológiába való átültethetőségét is valószínűsítjük.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Plant microbiome and its effects on the plant metabolome or its interaction with the plant is a trending research topic, which is considered one of the main bases of sustainable agriculture. The current grant aims to study the post-harvest changes, elicitation, the variance of the microbiome and the metabolome (mainly the bioactive isothiocyanates) of a regionally important product, horseradish.
The methods that are used to answer the questions include classical (work with isolated fungal strains, purification of natural products), as well as the most modern ones (metabolomics, data mining).
In the current project, we aim to characterize the typical fungal microbiome of horseradish roots, and isolate bioactive natural products from them. We aim to prove that horseradish endophytes are to some extent adapted to the chemical environment in the plant. We aim to assess differences between widely available Hungarian horseradish varieties at the metabolome and microbiome level, as well as find correlations between these data with data mining and data visulaization techniques. Also, we aim to study the post-harvest changes of horseradish roots in different elicitation models. During elicitation, the living plant is stressed (among others, by inoculation with endophytes) so as to increase the amount of bioactive constituents. Main phenomena will be examined on the available varieties separately.
The project can result in other results beyond those for basic research. We think that the results of the microbiome-metabolome correlation studies, and the post-harvest evaluations can be integrated into crop production or storage technology as well.
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.
The work is centered around the following hypotheses:
1., Characterization of the endophytic fungal microbiome of horseradish roots. During the work, we plan to define the variability of the horseradish endophytic fungal microbiome at the species level by both classical and culture-free methods. We also plan the chemical-functional characterization of some of the species (isolation and characterization of bioactive constituents).
2., What adaptation do endophytes show to the plant metabolome? We either examine the effects of plant constituents on the endophytes using other fungi (like soil fungi) as controls, or, check for biotransformation products of plant metabolites by endophytes.
3., Is there a significant chemical variance among Hungarian horseradish varieties? We examine the variance of the metabolome of the widely available varietites, then, try to find culture parameters or endophyte patterns that influence it.
4., What post-harvest changes can be observed in horseradish roots? In post-harvest elicitation studies we aim to increase the amount of bioactive constituents by stress or endophyte inoculation. We also aim to quantify changes in the metabolome and the myrosinase enzyme.
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.
The plant microbiome - metabolome interaction, the post-harvest elicitation and the postharvest colonization are all promising, trending research topics. The results on the application of endophytes in the post-harvest stage have high significance, the effect of the endophytes is expected to be fundamental.
With the data mining techniques, there is now a possibility to find such phenomena, that was impossible a decade ago. In particular, the most interest is expected about the results of the metabolome – microbiome correlation study.
The project team's main strengths are complexity (many approaches), and the harmony of high-end methods (metabolomics, data mining) and classical methods. Another strength of the project is that horseradish-specific experience meets a hot topic, and practical questions that come from actual production of the crop. It is also important, that through our partners in the industry, we have stable access to different varieties, and know-how about the production, storage of the horseradish roots.
The results can impact selection of varieties, and, in a lucky case, such parameters (or endophytes) can be identified that fundamentally influence the market value of the horseradish roots. What is more, we also think that the approaches used in the post-harvest study can be applied to the storage technology, which increases added value, and may increase value of horseradish batches of lower quality. So, the results can also serve as a basis for later applied research in the region.
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.
The community of microbes living in close interaction with the plant (the plant microbiome), its effects on the plant constituents or its interaction with the plant is a trending research topic, which is considered one of the main bases of sustainable agriculture. The current grant aims to study the post-harvest changes, possibilities to increase the concentration of beneficial constituents, the microbes and the beneficial constituents in a regionally important product, horseradish.
The methods that are used to answer the questions include classical, as well as the most modern ones (e.g. data mining).
In the current project, we aim to characterize the typical non-pathogenic fungi of horseradish roots, and isolate bioactive natural products from them. We aim to prove that fungi living in horseradish are somehow adapted to the chemical compounds of the plant. We aim to assess differences between widely available Hungarian horseradish varieties with respect to the beneficial components and the microbiome, as well as find correlations between these data with data mining and data visulaization techniques. Also, we aim to study the post-harvest changes of horseradish roots by stressing the roots (among others, by inoculation with endophytes) to force it to produce higher amounts of bioactive components.
The project can result in other results beyond those for basic research. We think that the results of the microbiome-metabolome correlation studies, and the post-harvest evaluations can be integrated into crop production or storage technology as well.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
