Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Complex agricultural sciences
Department or equivalent
Insitute of Biology (University of Pécs)
Participants
Csepregi, Kristóf
Starting date
2018-12-01
Closing date
2021-05-31
Funding (in million HUF)
17.640
FTE (full time equivalent)
1.26
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Pályázatunk a 2016-ban megjelent közleményünkre épülve a levelek stressz metabolitjainak szerkezet-hatás összefüggéseit kívánja feltárni. Azokra a vegyületekre koncentrál, melyek mennyiségi arányai dokumentáltan megváltoznak a levelek stresszhez történő alkalmazkodása során. A pályázat alapjául szolgáló közlemény fenolos savakat és flavonol-monoglükozidokat vizsgált a szőlőlevelek napfény alkalmazkodásának tükrében. Jelen pályázat célja a korábbiakban megalapozott kutatási módszertan alkalmazása a karotinoid csoport és újabb flavonoidok (flavon-glükozidok, többszörösen glikozilált flavonolok) antioxidáns kapacitás-szerkezet összefüggéseinek megállapítása teszt vegyületek segítségével, továbbá a szerkezet által meghatározott tulajdonságok in planta érvényesülésének elemzése levélkivonatok metabolit tartalom és antioxidáns tulajdonságainak összehasonlításával.
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 kutatás a növényi metabolitok közül a karotinoidok és – korábbi kutatásaink folytatásaként – a stresszválaszokban érintett flavonoidok szerkezet-hatás összefüggéseit keresi az antioxidáns funkció, különös tekintettel a specifikus ROS semlegesítési képesség tükrében. További kérdésünk, hogy milyen mértékben érvényesülnek a levélszövetekben a tiszta hatóanyagként meghatározott funkciók.
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 metabolitok szerkezetének és antioxidáns hatásainak összefüggése a növényi stresszélettan mellett táplálkozásélettani szempontból is érdeklődésre tarthatnak számot. Pályázatunk egy korábban más vegyületcsoportok vizsgálatában már sikeresen alkalmazott, általunk bevezetett metodikát használ. A teszt vegyületek adatainak összehasonlító statisztikai feldolgozása, és a minták (növénykivonatok, tiszta hatóanyagok) specifikus ROS semlegesítő kapacitásainak mérése a széles körben elterjedt teljes antioxidáns kapacitás meghatározó eljárások kiegészítéseként egyedi és bizonyítottan eredményes kutatási megközelítés.
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 helyhez kötött életmódjuk folytán különleges alkalmazkodási stratégiákat fejlesztettek ki a változó környezethez történő alkalmazkodásra. Ezek egyike az olyan metabolitok (biológiai anyagok) termelése, melyek antioxidánsként megvédhetik a leveleket a kedvezőtlen környezeti körülmények okozta károsodásoktól. Ezek a vegyületek a növényekben többszörös funkciót is betölthetnek, pl. lehetnek UV vagy látható fényszűrők, károsodást megelőzők, vagy a károsodás elsődleges termékeit (az ún. reaktív oxigén formákat) semlegesítő hatásúak. Munkánk célja, hogy meghatározzuk, milyen szerkezeti határozzák meg a hatékony stresszvédő funkció. Kutatásunk egy már dokumentáltan sikeres módszertant követ, a vegyületek különböző tulajdonságait először tiszta hatóanyagként jellemezzük, majd növénykísérletekben gyűjtött levélmintákban összevetjük a leghatékonyabbnak bizonyult anyagok mennyiségi arányait és a levelek antioxidáns tulajdonságait. Az eredmények nem csak a növények stressz válaszainak megértését segítik majd, mert a megvizsgálni tervezett anyagok nagy része nem csak a növényekben hatékony, az antioxidáns funkció például az ehető növényekben is érvényesül.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. A previous work from our laboratory described structure-function relationships of various phenolic acids and flavonoids as antioxidants, illustrating the role of flavonol-3-O-glycosides in the sunlight acclimation of grapevine leaves (Csepregi et al. 2016. Molecules). The proposed research will extend the same research strategy to carotenoids, with special emphasis on possible roles of these compounds in grapevine leaves; and will also explore new groups of flavonoid-glycosides dominant in leaves of other species, such as flavone-7-glycosides in barley or poly-glycosylated flavonols in Arabidopsis. In addition to assaying test compounds for establishing connections between structural features and stress protective potentials; multiple roles in leaves, such as preventing oxidative stress (as screening pigments or elements of energy dissipative pathways) or lessening damage as antioxidants will also be explored.
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. We’ll follow a methodical approach established in our previous successful publication to explore new compounds. First, we address the question of structural elements responsible for protective functions using test compounds. After characterizing individual compounds the second question to be answered is whether and how these potentials are realized in planta. Comparative studies of leaf metabolic profiles and antioxidant capacities will be used at this end.
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 addition to plant stress physiology, structure-antioxidant functions of secondary metabolites are of interest for nutritional sciences as well.
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 respond to environmental challenges with increasing amounts of special stress metabolites. Protective functions of these include (1) preventing damage as screening pigments via absorbing UV or part of visible light in surface tissues, (2) lessening damage as antioxidants or (3) channeling excess energy safely. Abilities and efficiencies of these compounds depend on their chemical structure, but the realization of these properties in leaves also depend on other factors. We have already explored basic structure-function relationships of two metabolite groups (phenolic acids and flavonoids) regarding pathways (1) and (2) using pure test compounds corresponding to the main constituents grapevine leaves. One aim of the proposed research is to continue with grapevine studies but expand to a new group of compounds, carotenoids and new functions such as (3) and new aspects of (2). Another aim is to explore roles of new compound groups, such as flavones responding to UV or high light treatment in barley leaves or special flavonols produced in an important model plant of stress physiology studies, thale cress.
Final report
Results in Hungarian
A pályázat során laboratóriumi kapacitásunkat egy új HPLC készülékkel bővítettük, melynek segítségével több új kutatási eredményt is elértünk, részben hazai, részben nemzetközi együttműködésben. Több karotinoid és flavonoid vegyület antioxidáns tulajdonságait vizsgáltuk meg tiszta hatóanyagként, majd különböző növények segítségével vizsgáltuk meg, hogyan befolyásolják ezek a vegyületek a növények stresszválaszait. Szőlőlevelek vizsgálata során megállapítottuk, hogy az erős napfényhez történő alkalmazkodásukat a két vegyületcsoport különböző módon támogatja, az oxidatív stressz elkerülésével, illetve antioxidánsként. Szőlőbogyók fotoszintézisét és fenolos vegyület tartalmukat vizsgálva azt találtuk, hogy a bogyóhéj fotoszintézis még az érett bogyók esetében is támogathatja az UV sugárzással indukálható antioxidánsok szintézisét. Három különböző káposztaféle leveleinek vizsgálata során megállapítottuk, hogy az UV-B besugárzás flavonoid antioxidáns tartalom növelő hatása az UV kezelést követő kék fény alkalmazásával meghosszabbítható. Eredményeink megerősítették és kiterjesztették a növényi antioxidánsok szerkezet-hatás összefüggésével kapcsolatos tudásunkat. A pályázat eredményeiből eddig két (Q1 és D1 szintű) nemzetközi publikáció került közlésre, és továbbiak is várhatóak.
Results in English
Project KH-129615 had two main aims: to expand our laboratory infrastructure with an HPLC equipment, and to utilize this it in order to increase the scientific potential of ongoing research work. Both aims have been fulfilled, and the new instrument was used in various subprojects. We gave an in vitro analysis of several carotenoids and phenolic compounds as antioxidants, and studied their potential contributions to the stress tolerance of leaves in a variety of species. Work was conducted in domestic and international collaborations. We found that carotenoids and flavonoids supported the acclimation of grapevine leaves to a sudden change in their light conditions in a complementary way: preventing and lessening oxidative stress, respectively. Another study showed that berry skin photochemistry is capable to support metabolic responses to ultraviolet light even in mature grapevine berries. We also showed that blue light treatment after pre-exposure to UV-B stabilized metabolic changes and corresponding biological effects in leaf vegetables. These findings confirmed and expanded knowledge on the structure-function relationships of plant antioxidants. Results were published in two high level (one Q1 and one D1) international journals, and will also appear in forthcoming publications.
