 |
Root colonizing dark septate endophytic fungi of grasslands — diversity, taxonomy and secondary metabolites
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
130401 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Knapp, Dániel |
| Title in Hungarian |
Füves területek gyökérkolonizáló sötét szeptált endofiton gombái — diverzitás, taxonómia és másodlagos metabolitok |
| Title in English |
Root colonizing dark septate endophytic fungi of grasslands — diversity, taxonomy and secondary metabolites |
| Keywords in Hungarian |
„endofiton gomba”, filogenetika, taxonómia, „másodlagos anyagcseretermék”, „félszáraz gyep” |
| Keywords in English |
„fungal endophyte”, phylogeny, taxonomy, „secondary metabolite”, „semiarid grassland” |
| Discipline |
| Microbiology: virology, bacteriology, parasitology, mycology (Council of Medical and Biological Sciences) | 90 % | | Ortelius classification: Microbiology | | Microbial ecology and evolution (Council of Complex Environmental Sciences) | 10 % |
|
| Panel |
Immunity, Cancer and Microbiology |
| Department or equivalent |
Department of Plant Anatomy (Eötvös Loránd University) |
| Participants |
Boldizsár, Imre
Kovács M., Gábor
|
| Starting date |
2018-12-01 |
| Closing date |
2021-11-30 |
| Funding (in million HUF) |
20.000 |
| FTE (full time equivalent) |
2.40 |
| 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, gyökereiken keresztül számos nem-patogén mikroorganizmussal vannak kapcsolatban, köztük az endofiton gombákkal, melyek látható károsodást nem okozva vannak jelen növényi szövetekben. Ezen gombák egy formacsoportját alkotják a gyökerekben előforduló sötét szeptált endofitonok (dark septate endophytes, DSE), melyek gyakoriak abiotikus stressznek kitett élőhelyeken, például száraz és félszáraz füves területeken, azonban ökoszisztémákban betöltött funkcióikról, közösségeikről viszonylag kevés információnk van. Bár korábban több taxont leírtunk már félszáraz füves területekről, számos gyakori azonosítatlan DSE leszármazási vonal vár leírásra.
Az endofiton gombák általánosan számos bioaktív másodlagos anyagcsereterméket termelhetnek, azonban a DSE gombák metabolitjairól és ezek diverzitásáról is kevés ismerettel rendelkezünk, habár ezek akár hatással lehetnek a gazdanövényre és segíthetik túlélésében. A projekt fő célja félszáraz füves területeken domináns fűfélék gyökerében előforduló DSE gombák azonosítása, taxonómiai vizsgálata és az új taxonok leírása. Célunk továbbá az izolátumok metabolit profilozása és egyes másodlagos anyagcseretermékek részletes vizsgálata.
A kutatás nagyrészt magyarországi területekről gyűjtött izolátumok vizsgálatára épül, azonban tervezzük az eurázsiai sztyepp öv keleti részeiről (Kazahsztán, Mongólia) származó DSE izolátumok azonosítását is. A (fél)száraz területek fűféléiről származó új taxonok leírása, valamint a DSE gombák gombák metabolit diverzitásának vizsgálata hozzájárulhat ahhoz, hogy jobban megismerjük ezen gombaközösségeket és megérthessük az egyre nagyobb területen fekvő száraz területeken betöltött általános szerepüket.
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.
Félszáraz és száraz területek domináns fűféléinek sötét szeptált endofiton (DSE) gombáiról és ezen életközösségekben betöltött általános funkcióiról kevés információval rendelkezünk. A kutatás alapkérdései ezen elterjedt gombacsoport megismerésére irányulnak.
Egyik fő kérdéskör a félszáraz füves területek fűféléinek gyökérkolonizáló gombáinak különböző leszármazási vonalait helyezi középpontba. A DSE közösségekben számos még nem azonosított és formálisan le nem írt taxonnak lehet jelentős szerepe. Munkánk során az új leszármazási vonalak részletes taxonómiai vizsgálatát és az új taxonok leírását tervezzük.
A második kérdéskör a gombák másodlagos anyagcseretermékeinek diverzitására irányul, mely szintén fontos információkat adhat az endofiton közösség tagjainak különbségeiről, illetve hasonlóságairól. Általánosan az endofiton gombákban feltételezik a legtöbb, még ismeretlen bioaktív anyagcseretermék jelenlétét, és a gyökereket kolonizáló endofitonokra, a talaj mikrobiótával is kialakított interakcióik miatt is, nagyobb másodlagos metabolit diverzitás lehet jellemző. Munkánk során valamennyi rendelkezésünkre álló, (fél)száraz területek fűféléinek gyökeréről gyűjtött DSE leszármazási vonalat, illetve taxont reprezentáló izolátum metabolit profilozását és az esetlegesen előkerülő új vegyületek azonosítását tervezzük. A különböző DSE gombák metabolit profiljainak összevetése és egyes metabolitok jelenléte, illetve hiánya szintén alapvető fontos funkcionális összefüggésekre mutathat rá.
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!
Félszáraz és száraz ökoszisztémákban gyakori a sötét szeptált endofiton (DSE) gombák előfordulása és ezen területeken feltételezhetően kiemelt szerepük lehet, így fontos a közösségek vizsgálata, ezek összetételének és a fajok/taxonok ismerete. A biológiai kutatások egyik alapvető feladata a biodiverzitás feltárása és pontos dokumentálása, melynek egyik alapvető feladata a tudományra új taxonok formális leírása. Egy pontosan leírt és jellemzett faj további, a taxon szerepére vagy elterjedésére irányuló kutatások biztos alapját adja. Adott gomba taxonok leírásásának jelentőségét jól példázhatja, hogy jelen pályázat benyújtását lehetővé tevő, az adott területen a legtöbbet hivatkozott cikkek közé tartozó „kiváló közlemény” (Knapp és mtsai 2015) is egy taxonómiai munka.
A hazai mintavételi területeinkről gyűjtött DSE gombák mellett tervezünk eurázsiai sztyepp öv keleti részeiről (Kazahsztán, Mongólia) származó DSE izolátumokat is azonosítani, így eredményeink jobban általánosíthatók és a szerzett információk is széles körben hasznosíthatók, alkalmazhatók. A diverzitási kutatások alapja egy jól jellemzett folyamatos bővülő törzsgyűjtemény, ezért is elengedhetetlen, hogy világviszonylatban is egyedülálló gyűjteményünket erőteljesen bővítsük és feldolgozzuk.
Félszáraz füves területek fűféléiben jelenlévő gyökér-endofiton közösség tagjainak metabolit vizsgálatát célzó kutatásokat még nem végeztek, így a DSE izolátumok metabolit diverzitásának vizsgálata alapvető ős új eredményeket hoz. A metabolit profilozás során előkerülhetnek azonosítatlan és ezidáig nem vizsgált másodlagos anyagcseretermékek is, melyek akár hasznosítható bioaktivitással is rendelkezhetnek.
A száraz és félszáraz életközösségek fűféléinek gyökerét kolonizáló DSE gombák vizsgálata fontos lehet abból a szempontból is, hogy eredményeink potenciálisan adaptálhatók és felhasználhatók a gazdasági szempontból fontos gabonafélékkel végzett kutatásokban, kísérleti rendszerekben, vagy akár szárazságtűrés növelésére alkalmazott oltóanyagok fejlesztéséhez.
Az esetlegesen előkerülő új bioaktív másodlagos metabolitok későbbi alkalmazott vizsgálatok, humán vonatkozású kutatások, gyógyszeralapanyag vizsgálatok alapjául szolgálhatnak.
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, gyökereiken keresztül számos nem-patogén gombával élnek kapcsolatban. Ezen gombák egy diverz csoportját alkotják a gyökerekben előforduló sötét szeptált endofitonok (dark septate endophytes, DSE), melyek tünetmentesen vannak jelen a növényekben, és általában pigmentált gombafonalaik vannak.
Ezen gombák különösen gyakoriak száraz és félszáraz füves területeken, azonban a DSE közösséget alkotó fajokról és ezek ökoszisztémákban betöltött szerepéről és kevés információnk van. Korábbi munkáink során több nemzetséget és fajt már leírtunk, számos csoportjuk továbbra is azonosításra vár.
Az endofiton gombák általánoságban gazdagok másodlagos anyagcseretermékekben (szekunder metabolitokban), eddig azonban kevés DSE gombát vizsgáltak. A DSE izolátumok metabolitjainak vizsgálata rávilágíthatnak a DSE gombák funkcionális különbségeire is, és nem zárható ki, hogy számos új vegyületet találunk, melyek akár humán egészségügyi szempontból is fontos aktivitással rendelkezhetnek.
A kutatás során a hangsúlyt főként magyarországi füves területeken gyűjtött gombák vizsgálatára helyezzük, azonban tervezünk eurázsiai sztyepp öv keleti részeiről (Kazahsztán, Mongólia) származó DSE izolátumokat is azonosítani, így eredményeink jobban általánosíthatók és a szerzett információk is széles körben hasznosíthatók, alkalmazhatók. A kutatás fő célja a (fél)száraz területek fűféléiről származó új fajok leírása, valamint a DSE gombák gombák metabolit diverzitásának feltárása. Ezen vizsgálatok alapvetően hozzájárulnak ahhoz, hogy jobban megismerjük ezen gombák közösségeit, és hogy az egyre nagyobb területet borító száraz ökoszisztémákban betöltött általános szerepüket megérthessük.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Most terrestrial vascular plants live together with different nonpathogenic microorganisms including fungal endophytes, which colonize plant tissues yet cause no symptoms of tissue damage to their hosts. Dark septate endophytes (DSE) comprise a form group of root-colonizing endophytic fungi. Although, DSE fungi are relatively frequent in extreme environments with strong abiotic stress, such as arid and semiarid grasslands, our knowledge on their function, communities and common taxa in these ecosystems is far limited.
Fungal endophytes generally produce numerous bioactive secondary metabolites, however we have few information on metabolites and metabolite diversity of DSEs. This information can be important, due to the hypothesized effects of secondary metabolites on plant performance and survival in arid environments. The project focuses on identification, taxonomy and formal description of DSE fungi on semiarid grasslands. Our further aims are metabolite profiling of the DSE isolates and analyzation/description of certain secondary metabolites.
In this study, DSE isolates collected from mainly Hungarian semiarid grasslands are investigated, and isolates from eastern part of the Eurasian steppe belt (from Kazakhstan and Mongolia) will be also examined. Description of novel taxa from grasses in semiarid areas, and results on metabolite diversity of DSE fungi are important in the better understanding of communities, their function, and their common role in the arid ecosystems that have continuously increasing area and importance.
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.
Knowledge on DSE fungi colonizing roots of dominant grasses of semiarid and arid environments, and about their role in these ecosystems is far limited. The main points of the project focus on the better understanding of this enigmatic group of fungi.
One main goal of the study is the investigation of novel lineages of root colonizing endophytes of grasses in semiarid areas. In these communities numerous unidentified and undescribed taxa can have important role. Our aim is to carry out polyphasic taxonomy of the new lineages and description of the novel taxa.
Another main objective of the project is exploration of metabolite diversity of these fungi, which enables us important basic information on functional differences and similarities of the members of the DSE community. In general, fungal endophytes are considered to produce the highest number of novel bioactive secondary metabolites, and root colonizing DSE fungi might have even relatively higher metabolite diversity due to their more complex interactions (also with the soil microbiota). Hence, we are planning to carry out metabolic profiling of representative isolates representing all DSE lineages, and to identify certain metabolites. Comparison of metabolite profiles of different DSE fungi and presence or absence of some metabolites can point out to important correlations.
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.
DSE fungi are frequent in semiarid and arid ecosystems and they might have major significance in these habitats. Therefore, information on the community composition and the species/taxa might be important. One of the basic aims of biological studies is the exploration and documentation of biodiversity, for which the formal description of novel taxa is necessary. A described genus or species can be utilized by other studies focusing on its role or their habitats. The highly cited „excellent publication” by Knapp et al. (2015) enabling the submission of this application for the KH_18 grant, is a taxonomic work, which serves good example for the scientific importance of describing new taxa.
Among DSE fungi collected from different sites of the Great Hungarian Plain, isolates from eastern parts of the Eurasian steppe belt will also be examined. Hence, our results can be generalized, and the knowledge gained can be extended and used on a broader scale. One of the key points of investigations on diversity to have a culture collection, therefore the continuous supplementation and examination of our collection of DSE isolates is necessary.
To date, there has been no investigation focusing on metabolites of a whole DSE community of grasses in semiarid grasslands, thus examination of metabolite diversity of DSE fungi certainly reveals fundamental information. During metabolite profiling, unidentified and unknown secondary metabolites can be found, which may have relevant bioactivity.
Investigation of root colonizing endophytes of gramineous hosts of semiarid and arid areas is important, because these fungi and the results can be easily used and adapted to applied approaches, studies, inoculum production techniques and experimental systems for grains with major agricultural and economic impact. For these applications, to have well described taxa and species are obligatory. The possibly found novel bioactive metabolites can serve as basis for further applied researches, even for human related and development of drugs.
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.
Most terrestrial vascular plants live together with various non-pathogenic fungi including endophytes. Dark septate endophytes (DSE) comprise a form group of root-colonizing endophytic fungi that generally have melanized hyphae and belong to different orders of Ascomycetes and colonize the plants asymptomatically. These fungi are relatively frequent in extreme environments with strong abiotic stress such as semiarid and arid areas, however their role in these ecosystems functioning is unclear and the knowledge on the members of the DSE communities are limited. Although, some genera and species have already been described in the last years, numerous frequent novel lineages are waiting for description.
Fungal endophytes generally produce plethora of bioactive secondary metabolites, however we have few information on metabolites and metabolite diversity of DSEs. Investigations on metabolite diversity of these fungi may reveal novel, medically important secondary products with important bio-activity.
In this study, DSE isolates collected from mainly Hungarian semiarid grasslands are investigated, however isolates from eastern part of the Eurasian steppe belt (from Kazakhstan and Mongolia) will be also examined. Therefore, our results can be extended and applied on a broader scale. The main goals of the project are to describe the novel taxa derived from grasses in semiarid grasslands and to explore the metabolite diversity of DSEs. Description of novel taxa from grasses, and results on metabolite diversity of DSE fungi might be important in the better understanding of communities, function, and their common role in the arid ecosystems that have continuously increasing area
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Knapp DG, Zagyva I, Vági P, Trappe JM, Németh JB, Kovács GM: The new truffle genus Babosia and a new species of Stouffera from semiarid grasslands of Hungary, Mycologia 112: 808–818., 2020 | | Pintye A, Knapp DG: Two pleosporalean root-colonizing fungi, Fuscosphaeria hungarica gen. et sp. nov. and Delitschia chaetomioides, from a semiarid grassland in Hungary, Mycological Progress 20: 39–50, 2021 | | Crous PW et al. (…, Akhmetova G, Kovács GM, Knapp DG, …) [multi-authored]: Fungal Planet Description Sheets 1284–1382, Persoonia - molecular phylogeny and evolution of fungi 47: 178–374., 2021 | | Finy P, Papp V, Knapp DG, Bóka K, Kovács GM, Dima B: Geastrum dolomiticum, a new earthstar species from Central Europe, Plant Systematics and Evolution 307: 43., 2021 | | Berek-Nagy PJ, Tóth G, Bősze S, Horváth LB, Darcsi A, Csíkos S, Knapp DG, Kovács GM, Boldizsár I: The grass root endophytic fungus Flavomyces fulophazii: an abundant source of tetramic acid and chlorinated azaphilone derivatives, Phytochemistry 190: 112851, 2021 | | Romero-Jiménez M-J, Rudgers JA, Jumpponen A, Herrera J, Hutchinson M, Kuske C, Dunbar J, Knapp DG, Kovács GM, Porras-Alfaro A: Darksidea phi sp. nov., a dark septate root-associated fungus in foundation grasses in North American Great Plains, Mycologia (in press), 2022 | | Knapp DG, Imrefi I, Boldpurev E, Csíkos S, Berek-Nagy PJ, Akhmetova G, Otgonsuren B, Kovács GM: Root colonizing endophytic fungi of the dominant grass Stipa krylovii from a Mongolian steppe grassland, https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.02565/full, 2019 | | Crous PW et al. (köztük Knapp DG, Imrefi I, Kovács GM.…) [sokszerzős]: Fungal Planet description sheets: 868–950, https://www.ingentaconnect.com/content/nhn/pimj/2019/00000042/00000001/art00011, 2019 | | Imrefi I, Boldpurev E, Csíkos S, Berek-Nagy PJ, Akhmetova G, Otgonsuren B, Kovács GM, Knapp DG: Fungal root endophytes of the dominant grass Stipa krylovii in mongolian steppe region, 18th International Congress of the Hungarian Society for Microbiology, Budapest, 2019 | | Akhmetova GK, Kiyas AA, Zabolotskich VV, Knapp DG, Kovács GM: Identification of endophytic fungi isolated from agricultural and nonagricultural plants of northern Kazakhstan, 18th International Congress of the Hungarian Society for Microbiology, 2019 | | Berek-Nagy PJ, Tóth G, Knapp DG, Boldizsár I, Kovács GM: Tetramic acid alkaloids of Flavomyces fulophazii, a common root endophyte of semiarid sandy grasslands, 18th International Congress of the Hungarian Society for Microbiology, Budapest, 2019 | | Akhmetova GK, Kiyas AA, Zabolotskich VV, Knapp DG, Kovács GM: Fungal root endophytes of gramineous plants of agricultural and natural areas in northern Kazakhstan, Power of Microbes in Industry and Environment, Sv. Martin na Muri, Croatia, 2019 | | Imrefi I, Boldpurev E, Otgonsuren B, Kovács GM, Knapp DG: Pleosporalean fungal root endophytes of the dominant grass Stipa krylovii in Mongolian steppe region, Power of Microbes in Industry and Environment, Sv. Martin na Muri, Croatia, 2019 | | Berek-Nagy PJ, Tóth G, Darcsi A, Knapp DG, Bősze S, Boldizsár I, Kovács GM: Secondary metabolites of Flavomyces fulophazii, a root endophyte of semiarid sandy grasslands, IV. National Conference of Young Biotechnologists - FIBOK 2020, Debrecen, 2020 | | Akhmetova G, Knapp DG, Kiyas A, Zabolotskich V, Kovács GM: The screening of endophytes from agricurltural and non-agricutral crops in Northern Kazakhstan, IV. National Conference of Young Biotechnologists - FIBOK 2020, Debrecen, 2020 | | Berek-Nagy PJ, Tóth G, Boldizsár I, Kraszni M, Knapp DG, Akhmetova G, Kovács GM: Natural products of the root endophytic fungus Darksidea alpha, Central European Forum for Microbiology (CEFORM), Kecskemét, 2021. October 13-15., 2021 | | Knapp DG, Tóth G, Berek-Nagy PJ, Boldizsár I, Akhmetova G, Csíkos S, Kraszni M, Maciá-Vicente JG, Porras-Alfaro A, Zabalgogeazcoa I, Kovács GM: Lighting the dark – Taxonomic and metabolic diversity of the worldwide common grass root associated fungal genus Darksidea, Central European Forum for Microbiology (CEFORM), Kecskemét, 2021. October 13-15., 2021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
