 |
Characterization of transcription factors, which control stress responses of Arabidopsis
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
129510 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Szabados, László |
| Title in Hungarian |
Az Arabidopsis stresszválaszát szabályozó transzkripciós faktorok jellemzése |
| Title in English |
Characterization of transcription factors, which control stress responses of Arabidopsis |
| Keywords in Hungarian |
Arabidopsis thaliana, szárazság, só stress, transzkripciós faktor, gén expresszió, abszcizinsav |
| Keywords in English |
Arabidopsis thaliana, drought, salt stress, transcription factor, gene expression, abscisic acid |
| Discipline |
| Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences) | 40 % | | Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Molecular biology | | Signal transduction (Council of Medical and Biological Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Complex agricultural sciences |
| Department or equivalent |
Institute of Plant Biology (HUN-REN Biological Research Centre Szeged) |
| Participants |
Andrási, Norbert
Benyó, Dániel
Nagy, István
Zsigmond, Laura Alexandra
|
| Starting date |
2018-10-01 |
| Closing date |
2020-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
19.992 |
| FTE (full time equivalent) |
1.60 |
| 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 növények számára káros környezeti hatások többnyire kombinációban jelentkeznek. A szárazság sokszor extrém hőmérséklettel is párosul, ami szikes talajokon még erőteljesebben károsítja a növényeket. Kutatási programunkban olyan hősokk (HSFA4A) és ERF típusú (RAP2.12) transzkripciós faktorokat vizsgálunk, amelyek az előzetes eredmények alapján többféle stresszválaszt is befolyásolnak. A pályázatot megalapozó közleményben (Papdi et al., 2015, Plant J 82, 772-84) leírtuk, hogy az ERF-VII alcsaládba tartozó RAP2.12, RAP2.2 és RAP2.3 faktorok hasonló módon befolyásolják az anoxia, ozmotikus illetve oxidatív stresszel szembeni ellenállóképességet. Kutatási programunkban molekuláris és élettani módszerekkel vizsgáljuk a kiválasztott transzkripciós faktorok szerepét a kombinált ozmotikus vagy só és hőstressz hatásokkal szembeni válaszreakciók koordinálásában. A gének funkcióját inszerciós mutánsok valamint túltermelést illetve megnövelt aktivitást biztosító génkonstrukciókat expresszáló transzgenikus vonalak alkalmazásával jellemezzük. Különböző stressz kombinációkban teszteljük a növények életképességét, az oxidatív károsodást, a fotoszintetikus aktivitás megváltozását, egyes protektív metabolitok felhalmozódását. Transzkript analízissel hasonlítjuk össze a faktorok által szabályozott gének működésére jellemző változásokat. Eredményeink várhatóan hozzásegítenek a párhuzamosan jelentkező extrém hatásokkal szembeni válaszreakciók jobb megértéséhez, és tisztázni tudjuk a vizsgált transzkripciós faktorok szerepét a bonyolult szabályozási folyamatok ellenőrzésében.
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 kutatásaink alapkérdése az, hogy milyen mértékben képes egy-egy fontos szabályozó gén, transzkripciós faktor befolyásolni egymástól látszólag független környezeti hatással illetve azok együttes jelentkezésével, kombinációjával szembeni válaszreakciót. Mi az a transzkripciós szabályozáshoz kapcsolható mechanizmus, ami közös nevezőre hozhat ozmotikus, só és hőstressz és ezek különböző kombinációja által kiváltott elváltozásokat, védekező reakciókat. Előzetes kísérletekre, publikációkra alapozott feltételezésünk szerint a redox egyensúly megváltozása, a reaktív oxigének által kiváltott károsodás illetve a ROS jelrendszer lehet az a molekuláris mechanizmus, ami közös nevezőre hozhatja a különböző hatásokat. Ezért két olyan transzkripciós faktor családot reprezentáló fehérjét és azokat kódoló géneket vizsgálunk (az Arabidopsis thaliana hősokk faktor HSFA4A és a ERF típusú RAP2.12), amelyekről már ismert, hogy szerepük van a ROS jelátvitelben és az oxidatív károsodás kivédésében. Mivel mindkét faktor képes többféle stresszel szembeni válaszreakciókat szabályozni, és a ROS jelátvitelt is befolyásolják, hipotézisünk szerint alkalmasak lehetnek a stresszkombinációk során fellépő újtípusú károsító hatások enyhítésére is.
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 növényeket a természetes környezetükben sokféle hatás éri, amelyek különböző módon befolyásolják az élettevékenységüket. A káros hatások többnyire nem egyedül, hanem kombinációkban jelentkeznek, az aszály sokszor hőséggel párosul, a szikesedés hatását a nagy meleg fokozza. Egészen a közelmúltig ezeket a jelenségeket külön-külön tanulmányozták, mert nem álltak rendelkezésre a bonyolultabb kölcsönhatások vizsgálatára alkalmas módszerek. Az utóbbi években jelentek meg azok a tanulmányok, amelyek két vagy több környezeti faktor együttes hatását elemezték. A projektünkben korábban megkezdett sikeres kutatásainkat szeretnénk újabb szinten folytatni, amennyiben két kiválasztott, reprezentatív transzkripciós faktor (RAP2.12 és a HSFA4A ) szerepét vizsgáljuk többféle, együttesen ható káros környezeti hatással szembeni tolerancia kialakításában. Modern genetikai, genomikai, molekuláris és élettani módszereket alkalmazva vizsgáljuk a transzkripciós faktorok funkcióját a különböző stressz kombinációk (pl. só és hő, szárazság és hő) esetében. Tervezett kutatásaink hiánypótló jelentőségűek, mert jelenleg nagyon kevés adat áll rendelkezésre ilyen típusú analízisről. A kiválasztott transzkripciós faktorok jellemzésével jobban meg tudjuk majd érteni a bonyolult szabályozási folyamatokat, amelyek a káros környezeti hatásokkal szembeni toleranciáért is felelősek lehetnek. A kutatásaink jelentőségét a klímaváltozással járó extrém környezeti hatások gyakoriságának növekedése is igazolja.
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 természetes környezetét sokféle paraméter határozza meg: a klímát befolyásoló hőmérséklet, csapadék, vízellátás, szél, a fény, a talaj minősége, összetétele, stb. Mindezek az adottságok meghatározzák a növények növekedését, életképességét. Amennyiben egy vagy több összetevő eltér az optimálistól, a megváltozott környezeti hatások korlátozhatják a növények növekedését, túlélését. A megváltozott környezet bizonyos fokú alkalmazkodási képességet igényel, amit számos, eddig még korlátozott mértékben ismert szabályozó gén elenőriz. Különösen hiányosak az ismereteink olyan génekről, amelyek többféle stresszhatás együttes fellépése esetén képesek az ellenállóképességet befolyásolni. A kutatási programunkban két olyan, különböző családba tartozó transzkripciós faktor (HSFA4A, RAP2.12) jellemzését tűztük ki, amelyekről már tudjuk, hogy egy vagy többféle stesszhatással szemben meghatározzák a növények ellenállóképességét. Az Arabidopsis modellnövényt felhasználva mutánsok és transzgenikus túltermelő növények segítségével fogjuk a kiválasztott transzkripciós faktorok funkcióját vizsgálni. Teszteljük és összehasonlítjuk a különböző stresszhatásoknak kitett (sóstressz, szárazság, hőhatások és ezek kombinációja) vadtípusú és módosított növények életképességét, növekedését, élettani reakcióit, molekuláris szabályozó mechanizmusait. Reméljük, hogy a kísérletsorozat eredményeként fontos ismereteket tudunk szerezni az együttesen jelentkező káros hatásokkal szembeni védekező mechanizmusokról, és a vizsgált gének, faktorok szerepéről.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In a natural environment plants are exposed to adverse conditions which can develop in different combinations. Drought is often accompanied with extreme heat, whose effect can be enhanced by high soil salinity. In our research program we will investigate the role of heat shock (HSFA4A) and ERF-type (RAP2.12) transcription factors, which were previously shown to influence responses to several types of abiotic stresses. In the publication which serves as reference for this project (Papdi et al., 2015, Plant J 82, 772-84) we have reported that the transcription factors of the ERF-VII subfamily RAP2.12, RAP2.2 and RAP2.3, are able to modulate responses and tolerance to anoxia, osmotic and oxidative stresses. In our research program function of the selected transcription factors in coordination of responses to salt, osmotic, heat and combined stresses will be investigated with various molecular and physiological methods. Gene functions will be evaluated by characterization of insertion mutants of the corresponding genes or with transgenic lines carrying gene constructs with enhanced activities. Viability, oxidative damage, photosynthetic activity, accumulation of protective compounds will be monitored in different stress conditions. Activity of target genes will be tested by transcript analysis. Results are expected to contribute to understand better the regulatory mechanisms which control responses to combined extreme conditions, and get better picture about the function of the tested transcription factors in the complex signaling mechanism in such stress adaptation.
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.
Basic question of our research is how certain transcription factors can modulate molecular and physiological responses to different environmental conditions and their simultaneous effects. What is the common mechanism in the transcription control, which determine responses to salinity, osmotic stress, heat and combinations of these. Published research and our previous results suggest, that oxidative damage, provoked by reactive oxygen species and ROS signals can form a type of regulatory hub which is common in consequences and responses to different stresses. For that reason we have selected two transcription factors for further analysis, which were previously implicated in control of ROS signaling and were shown to ameliorate oxidative damage: the heat shock factor HSFA4A and the ERF-type RAP2.12 of Arabidopsis thaliana. As both transcription factors have the capacity to modulate responses to various type of stresses as well as influence ROS signals, we hypothetize that they are promising candidates to ameliorate damages associated with combined stress conditions.
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.
In their natural environment plants are exposed to numerous effects, which determine their life cycle in a multiple way. Adverse conditions are usually developing in combinations, Drought is often accompanied by high summer temperatures and deleterious effect of soil salinity can also be enhanced by heat. Until recently, effects of abiotic stresses on plants have been studied separately, as methods were not available which are suitable to study more complex regulatory interactions. Reports have however been published in the last decade which have analysed the simultaneous effects of two or more environmental factors on plants. In our project we would like to continue our ongoing research of two representative stress-related transcription factor (RAP2.12 and HSFA4A) and extend studies to decipher their role in control of responses to combined stresses. Methods will include genetic, genomic, molecular and physiological analysis to characterize the function of these factors in tolerance to multiple adverse conditions including combinations of osmotic and heat and salt and heat stresses. Charcterization the function of the selected transcription factors in coordination of multiple stress responses will help our understanding the molecular bases of tolerance to such adverse conditions. Significance of our project can be highlighted by climate change which is predicted to enhance extreme environmental affects and the fact that similar studies are scarce.
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.
Physical environment of plants is determined by a number of parameters: climate is influenced by temperature, water precipitation, wind, light, quality and composition of soil, etc. All these factors define plant growth and development. In case one or more components of the environment is significantly altered, the developing suboptimal conditions will negatively affect plant growth and reduce viability. Survival in such conditions require a certain degree of adaptation, which is controlled by numerous regulatory genes. Although a number of such genes have already been identified, our knowledge in this field is still far from complete. In our research project we will try to decipher the function of two regulatory genes of the Arabidopsis model plant (HSFA4A, RAP2.12), which have already been shown to influence responses to different stress conditions. Using Arabidopsis mutants and overexpressing lines, biological function of the selected genes will be characterized. Growth, viability, physiological parameters and molecular regulatory mechanisms of wild type and modified plants will be compared under various single and combined stress conditions (salinity, drought and high temperature). We expect that by completing the envisioned research program, we will be able to gather important information on the regulatory mechanisms which control responses to combined stresses and participation of the transcription factor is such processes.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
