Mikro RNS alapú génszabályozás mechanizmusának vizsgálata növényekben
Title in English
Characterization of the mechanism of miRNA controlled gene expression in plants
Keywords in Hungarian
miRNS, génexpresszió, szignalizáció, vírus
Keywords in English
miRNA, gene expression, signalization, virus
Discipline
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants
Hornyik, Csaba Medzihradszky, Anna Róza Várallyay, Éva
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-01-31
Funding (in million HUF)
20.000
FTE (full time equivalent)
9.56
state
closed project
Summary in Hungarian
A miRNS-ek nem-kódoló 21 nukleotid hosszúságú RNS molekulák, amelyek a genomban kódolódó miRNS prekurzor (pre-miRNA) molekulákról keletkeznek. A miRNS-ek közvetlenül és negatívan szabályozzák a cél mRNS-ik aktivitást azok hasításával vagy transzlációs gátlással. A miRNS alapú szabályozás az egész élővilágban elterjedt és növények esetében olyan fontos biológiai folyamatokat érint, amelyek alapvetők a növény fejlődésében, virágzásában és a termés kialakulásában. A legújabb eredmények megmutatták, hogy a miRNS-ek kapcsolatban állhatnak környezeti stressz válaszokkal és a miRNS képződés útvonalának megzavarásán keresztül, vírus fertőzés esetén, szerepet játszhatnak a tünetek kialakulásában. Tervezett kísérleteinkben egy általunk kidolgozott, módosított oligonukleotidokon (LNA) alapuló, detektálási rendszert használunk fel, amely lehetővé teszi a miRNS-ek megbízható és érzékeny kimutatását (NAR. 2004 Dec 14;32(22):e175). Ez a rendszer továbbá alkalmas a miRNS-ek kimutatására in situ hibridizációval is. Kutatásaink során Northern blot és in situ hibridizáció felhasználásával, LNA oligonukleotid alapú próbákkal, információt kapunk a különböző leírt illetve bioinformatikai módszerekkel azonosított feltételezett miRNS-ek (és miRNS családtagok) szövet szintű expressziójáról. A kutatás során megvizsgáljuk a miRNS-ek és prekurzoraik egymáshoz viszonyított szövetszintű expresszióját in situ hibridizálással, amely feltárhatja a miRNS-ek szignalizációban betöltött szerepét. Vírus fertőzött növényekből nyert minták felhasználásával különböző miRNS-ek és célgénjeik expressziós változását vizsgáljuk és ennek szerepét a betegség tünetek kialakulásban.
Summary
MicroRNAs (miRNAs) are single-stranded RNA molecules of around 21 nucleotides (nt) in length that are associated with the RNA-induced silencing complex. They play an important role in plant development, either by targeting mRNA for cleavage or by inhibiting translation. Moreover, virus mediated interference with miRNA-directed processes may be a general feature contributing to development of disease symptoms. We elaborated a new method for highly efficient detection of microRNAs by northern blot analysis using LNA (locked nucleic acid)-modified oligonucleotide probes (NAR. 2004 Dec 14;32(22):e175). Besides being highly efficient as northern probes, the same LNA-modified oligonucleotide probes are useful for miRNA in situ hybridization. Using this technology we will investigate the tissue specific accumulation of different miRNAs and their precursors by northern blot and in situ hybridization. This approach will provide information about the tissue specific accumulation and biological significance of different miRNAs and the possible role of miRNAs in cell-to-cell signalization. Moreover, using virus infected plant material we will investigate the role of disturbed miRNA mediated processes in the symptom development in natural virus infections.
Final report
Results in Hungarian
A vírusfertőzési folyamatok tanulmányozása során kimutatható volt az AGO1 mRNS és a miR168 expressziójának emelkedése.
Különböző növény-vírus interakciókat vizsgálva kimutattuk, hogy az AGO1 mRNS a gazda védekezési reakciójának következtében nő meg, míg a megemelkedett miR168 szint, mely térben átfed a vírus által elfoglalt növényi szektorokkal, a vírus ellentámadásának a következménye. Kimutattuk, hogy a miR168 indukció a miR168 prekurzor molekula megnőtt expressziójának és felgyorsult érésének az eredménye. Eredményeink szerint a megemelkedett miR168 szint transzlációsan gátolja az AGO1 mRNS-t, így a növényben az AGO1 fehérje szintje lecsökken.
A növények géncsendesítés alapú védekező válaszának elkerülésére a vírusok különböző szupresszor molekulákat fejlesztettek ki, melyek ezt a folyamatot más-más szinten képesek gátolni. Az általunk tranziens rendszerben vizsgált különböző silencing szupresszorok minden esetben indukálták a miR168 termelődését. Ezek szerint a különböző silencing szupresszorok speciális hatásuk mellett egy univerzális mechanizmussal is gátolják a növény védekező folyamatait: a miR168 szintjének megelelésével gátolják az AGO1 fehérje akkumulációját és így aktivitását.
Results in English
Virus infections induce the expression of ARGONAUTE1 (AGO1) mRNA and in parallel enhance the accumulation of miR168 (regulator of AGO1 mRNA). Here we show that in virus infected plants the enhanced expression of AGO1 mRNA is not accompanied by increased AGO1 protein accumulation. We also demonstrate that the induction of AGO1 mRNA level is a part of the host defence reaction while the induction of miR168, which overlaps spatially with virus-occupied sectors, is mediated mainly by the Tombusvirus p19 RNA silencing suppressor. The absence of p19 results in the elimination of miR168 induction and accompanied with the enhanced accumulation of AGO1 protein. In transient expression study p19 mediates the induction of miR168 and the down regulation of endogenous AGO1 level. P19 is not able to efficiently bind miR168 in virus infected plants indicating that this activity is uncoupled from the small RNA binding capacity of p19.
Our results imply that plant viruses can inhibit the translational capacity of AGO1 mRNA by modulating the endogenous miR168 level to alleviate the anti-viral function of AGO1 protein.
Valoczi A, Varallyay E, Kauppinen S, Burgyan J, Havelda Z.: Spatio-temporal accumulation of microRNAs is highly coordinated in developing plant tissues., Plant J. 47(1):140-51., 2006
Kauppinen S. and Havelda Z.: Detection of siRNAs and miRNAs., Plant Virology Protocols in the Methods in Molecular Biology, Humana Press, (Edited by P. Nagy, G. Foster and E. Johansen), 451:217-27., 2008
Maule A.J. and Havelda Z.: In situ detection of plant viruses and virus-specific products., Plant Virology Protocols in the Methods in Molecular Biology, Humana Press, (Edited by P. Nagy, G. Foster and E. Johansen), 451: 201-16., 2008
Várallyay E., Burgyan J. and Havelda Z.: Detection of microRNAs by northern blot analyses using LNA probes., METHODS: A COMPANION TO METHODS IN ENZYMOLOGY, 43 (2) : 140-45, 2007
Havelda Z, Várallyay E, Válóczi A, Burgyán J.: Plant virus infection-induced persistent host gene downregulation in systemically infected leaves., Plant J. 55(2):278-88., 2008
Várallyay E., Burgyan J. and Havelda Z.: MicroRNA detection by northern blotting using locked nucleic acid probe., Nature Protocols, 3(2):190-6., 2008
Wheeler G, Valoczi A, Havelda Z and Dalmay T.: In situ detection of animal and plant microRNAs., DNA and Cell Biology, 26(4):251-5., 2007
Havelda Z.: In situ detection of miRNAs using LNA probes., Methods in Molecular Biology, Humana Press, (Edited by Pamela Green and Blake C. Meyers) 592:127-36., 2010
Havelda Z.: Biogenesis and function of plant microRNAs., In Regulation of Gene Expression by Small RNAs., CRC press, (Edited by Dr. John Rossi and Rajesh K. Gaur) 173-196., 2009
Várallyay E, Válóczi A, Ágyi A, Burgyán J and Havelda Z: Plant virus mediated induction of miR168 is associated with repression of ARGONAUTE1 accumulation., submitted, 2010
Events of the project
2014-01-02 14:42:00
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).
