Prooxidant and antioxidant plant genes in non-host resistance - functional identification by gene silencing  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61498
Type K
Principal investigator Király, Lóránt
Title in Hungarian Prooxidáns és antioxidáns növényi gének a nem-gazda betegségrezisztenciában - funkció meghatározás géncsendesítéssel
Title in English Prooxidant and antioxidant plant genes in non-host resistance - functional identification by gene silencing
Keywords in Hungarian prooxidáns, antioxidáns, növényi génexpresszió, nem-gazda rezisztencia, nekrózis, géncsendesítés
Keywords in English prooxidant, antioxidant, plant gene expression, non-host resistance, necrosis, gene silencing
Discipline
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Plant Protection Institute, HAS
Participants Fodor, József
Künstler, András
Viczián, Orsolya
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-01-31
Funding (in million HUF) 16.000
FTE (full time equivalent) 3.84
state closed project
Summary in Hungarian
Korábbi - részben saját - kutatások alapján ismert, hogy a növényi rezisztenciaformák működésében döntő
szerepe van a prooxidáns/antioxidáns egyensúlynak.
Jelen projektben egyes prooxidáns, antioxidáns és programozott sejthalállal kapcsolatos gének mRNS-szintű kifejeződését fogjuk vizsgálni elsősorban az eddig kevésbé tanulmányozott nem-gazda rezisztencia (=rezisztencia a más növényfajokat fertőző kórokozókkal szemben) során, vírus-, baktérium- és gomba kórokozókkal fertőzött dohányfélékben (Nicotiana spp.) és árpában. Az említett növényi géneknek a nem-gazda rezisztenciában betöltött funkcióját egy erre a célra még nem alkalmazott módszerrel, az ún. vírus-indukált géncsendesítéssel (VIGS) kívánjuk tisztázni.
A kutatásból várható eredmények: a VIGS módszer alkalmazásával pontosan meghatározható egyes prooxidáns, antioxidáns és programozott sejthalállal kapcsolatos gének szerepe a nem-gazda rezisztenciában, ezáltal a kutatás hozzájárulhat a nem-gazda rezisztenciában rejlő növényi védekezési potenciál jövőbeni gyakorlati felhasználásához.
Summary
Previous research of our group and other laboratories has shown that the prooxidant/antioxidant balance has a pivotal role in different plant disease resistance forms.
In the present project we will investigate the mRNA-level expression of genes encoding prooxidants, antioxidants and programmed cell death-related proteins primarily during non-host resistance (=a plant disease resistance form effective against pathogens infecting other plant species) that has received somewhat less attention in the past. Gene expression assays will be carried out in tobacco (Nicotiana spp.) and barley infected with viral-, bacterial- and fungal pathogens. In order to determine the exact function of these genes in non-host resistance, a method has not been used for similar purposes so far will be applied, the so-called virus-induced gene silencing (VIGS) procedure.
Expected results from the project: by application of the VIGS method, the exact function of certain genes during non-host resistance encoding prooxidants, antioxidants and programmed cell death-related proteins can be determined. Therefore, the research outlined above may contribute to a future practical application of the plant defense potential present in non-host resistance.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Prooxidáns, antioxidáns és programozott sejthalállal kapcsolatos gének mRNS-szintű kifejeződését vizsgáltuk az ún. nem-gazda rezisztenciában (=rezisztencia a más növényfajokat fertőző kórokozókkal szemben), vírus-, baktérium- és gomba kórokozókkal fertőzött dohányfélékben (Nicotiana spp.) és árpában. Kimutattuk, hogy a prooxidáns/antioxidáns egyensúly ebben a hatékony, gyors lefolyású rezisztenciaformában is döntő szerepet játszik: a prooxidánsok – elsősorban a szuperoxid – korai felhalmozódását antioxidáns (pl. szuperoxid-dizmutáz, glutation-S-transzferáz) és sejthalál-gátló (BAX inhibitor) gének által termelt fehérjék ellensúlyozzák. Kutatásaink szerint tehát a nem-gazda rezisztencia egyik kulcslépése lehet a kórokozókat gátló korai prooxidáns-felhalmozódás, ill. ezzel egyidőben a megtámadott növény antioxidáns kapacitásának gyors indukciója. Igazoltuk, hogy egy vírus kórokozó (TMV) ellen ható rezisztencia gén (N) terméke egy nem-gazda rezisztenciát előidéző másik vírus (TNV) fertőzésekor pontosan ellenkező hatást válthat ki, ugyanis fogékonysági faktorként hathat. Az N gént Nicotiana edwardsonii növényekben csendesítve (expresszióját gátolva) ugyanis a TMV-vel szembeni rezisztencia sérült, a TNV-vel szembeni nem-gazda rezisztencia viszont fokozódott. A vírusokkal szembeni nem-gazda rezisztenciát befolyásoló növényi gének azonosítása/jellemzése a jövő rezisztencia-nemesítését teheti még eredményesebbé.
Results in English
We have investigated expression of plant genes involved in prooxidant and antioxidant effects and inhibition of programmed cell death during non-host resistance (i.e. resistance to pathogens that infect other plant species) to viral, bacterial and fungal pathogens in Nicotiana spp. and barley. We have shown the pivotal role of prooxidant/antioxidant balance during this quick and effective form of resistance: the early accumulation of prooxidants – primarily superoxide – is counteracted by proteins encoded by antioxidant (e.g. superoxide dismutase and glutathione S-transferase) and cell death inhibitor (BAX inhibitor) genes. According to our research a key component of non-host resistance could be the early prooxidant accumulation that inhibits pathogens and the quick induction of the antioxidant capacity of attacked plants. We have pointed to the fact that the product of a plant resistance gene (N) effective against a virus (TMV) could have a completely opposite effect during infection by a virus (TNV) that elicits non-host resistance: in the latter case the same product may function as a susceptibility factor. Following silencing of the N gene in Nicotiana edwardsonii resistance to TMV was compromised, while non-host resistance to TNV was enhanced. Identification and characterization of plant genes that influence non-host resistance to viruses could provide valuable information for resistance breeding in the future.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61498
Decision
Yes





 

List of publications

  
Künstler, A, Cawly, J, Schoelz, J, Király, L: Egy TMV-rezisztencia gén (N) csendesítésének nem várt hatása: fokozott ellenálló képesség dohány nekrózis vírussal (TNV) szemben., 56. Növényvédelmi Tudományos Napok, Előadáskivonatok, p. 22., 2010
Bacsó, R., Hafez, Y.M. Künstler, A., Király, L.: Induction of certain defense-associated genes is dampened during immunization of tobacco with hydrogen peroxide against localized viral symptoms., 4th Conference of Polish Society of Experimental Plant Biology, Cracow, Poland. Abstract. Acta Biol. Cracoviensia Ser. Bot. 51(Suppl. 2), 30., 2009
Gullner, G, Künstler, A, Király, L, Pogány, M, Tóbiás, I: Upregulation of the lipoxygenase pathway in resistant pepper leaves inoculated with Tobamoviruses., SFRR Plant Oxygen Group Meeting on Reactive Oxygen and Nitrogen Species, Helsinki, Finland. Abstract, p. 103, poster P-307., 2009
Király, L, Hafez, YM, Künstler, A,: Enhanced superoxide (O2.-) accumulation during plant non-host resistance to biotrophic fungal pathogens., SFRR Plant Oxygen Group Meeting on Reactive Oxygen and Nitrogen Species, Helsinki, Finland. Abstract, p. 107, poster P-311., 2009
Gullner G, Künstler A, Király L, Pogány M, Tóbiás I: Upregulation of divinyl ether synthase gene transcription in pepper leaves inoculated with Tobamoviruses., 18th International Symposium on Plant Lipids, Bordeaux, France. Abstract, p. 201, poster P119., 2008
Gullner G, Szatmári Á, Bozsó Z, Király L, Künstler A, Tóbiás I: Transcription of glutathione S-transferase genes is markedly induced in resistant tobacco leaves after tobacco mosaic virus infection., International Symposium on Glutathione and Related Thiols in Microorganisms and Plants, Nancy, France. Abstract, p. 24., 2008
Király L, Hafez YM, Fodor J, Király Z: Suppression of tobacco mosaic virus-induced hypersensitive-type necrotisation in tobacco at high temperature is associated with down-regulation of NADPH oxidase and super, J. Gen. Virol. 89:799-808., 2008
Király L, Künstler A, Hafez YM: Alternative oxidase genes can be transiently suppressed during local lesion formation in different plant-virus interactions., First International AOX Symposium, Évora, Portugal. Abstract, p. 46., 2008
Király L, Barna B, Király Z: A növényi rezisztencia formái és mechanizmusai új megvilágításban, Növénytermelés 56:65-81, 2007
Király L, Barna B, Király Z: Plant resistance to pathogen infection: forms and mechanisms of innate and acquired resistance., J. Phytopathol. 155:385–396, 2007
Király L, Tóbiás I: (Transz)géncsendesítés - A növényi vírusrezisztencia egyik formája, In: Gáborjányi R, Király Z (eds): Molekuláris növénykórtan. Agroinform, Budapest pp. 97-120, 2007
Künstler A, Hafez YM, Király L: A szuperoxid (O2.-) szabadgyök szerepe a nem-gazda növényi rezisztenciában (“non-host resistance”), Magyar Szabadgyök Kutató Társaság IV. Kongresszusa, Pécs. Előadáskivonat. Folia Hepatologica 11(Suppl. 3):25, 2007
Künstler A, Hafez YM, Király L: Transient suppression of a catalase and an alternative oxidase gene during virus-induced local lesion formation (hypersensitive response) is independent of the extent of, Acta Phytopathol. Entomol. Hung. 42:185–196, 2007
Künstler A, Király L, Pogány M, Tóbiás I, Gullner G: Lipoxygenase and glutathione peroxidase activity in tobacco leaves inoculated with Tobacco Mosaic Virus, Acta Phytopathol. Entomol. Hung. 42:197–207, 2007
Tóbiás, I, Király L: Transzkripciós faktorok és védekezési gének aktiválása növényekben, In: Gáborjányi R, Király Z (eds): Molekuláris növénykórtan. Agroinform, Budapest pp. 121-130, 2007
Gullner G, Künstler A, Király L, Pogány M, Tóbiás I: Lypoxygenase-dependent defense reactions in pepper leaves inoculated with Tobamoviruses, Symposium on Non-specific and Specific Innate and Acquired Plant Resistance, Budapest, Hungary. Abstract, p. 64., 2006
Király L, Hafez YM, Fodor J, Király Z: Suppression of virus multiplication in Tobacco mosaic virus-resistant tobacco is associated with ambient temperatures but independent of HR-type necrotization [...], 15-th Congress of the Federation of European Societies of Plant Biology, Lyon, France. p. 142, poster MIC01-037, 2006
Király L, Király Z: To die or not to die - is cell death dispensable for resistance during the plant hypersensitive response?, Acta Phytopathol. Entomol. Hung. 41:11-21, 2006
Király L, Künstler A, Schoelz JE: Enhanced resistance to virus infections in Nicotiana edwardsonii var. Columbia can suppress both local necrotic symptoms and virus titers and is dependent on [...], Symposium on Non-specific and Specific Innate and Acquired Plant Resistance, Budapest, Hungary. Abstract, p. 68., 2006
Király Z, Hafez YM, Künstler A, Fodor, J, Király L: Prooxidants and antioxidants in specific and non-specific plant disease resistance, Symposium on Non-specific and Specific Innate and Acquired Plant Resistance, Budapest, Hungary. Abstract, p. 34., 2006



Back »