Oxidatív stressz-toleráns DH kukorica vonalak hideg -és szárazságtűrésének vizsgálata
Title in English
Cold and drought tolerance of the progeny of DH maize lines selected and regenerated from microsopres under oxidative stress conditions
Keywords in Hungarian
hideg- és szárazságtűrés, in vitro mikrospóra szelekció, kukorica, oxidativ stressz
Keywords in English
cold, drought, in vitro microspore selection, maize, oxidative stress
Discipline
Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences)
60 %
Plant reproduction biology (Council of Complex Environmental Sciences)
40 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants
Ambrus, Helga Márta Barnabás, Beáta
Starting date
2008-04-01
Closing date
2012-04-30
Funding (in million HUF)
18.330
FTE (full time equivalent)
2.55
state
closed project
Summary in Hungarian
A kukorica hazánkban igen fontos szerepet játszik a mezőgazdasági termékek piacán. Az utóbbi években az a kukoricát egyre gyakrabban érik szélsőséges környezeti változások: a vetést követő túlságosan hideg időjárás, a relatíve korán beköszöntő meleg és csapadékszegényes időszak. Ez szükségessé teszi a nagy ökológiai plaszticitással rendelkező, abiotikus stresszekkel szemben ellenálló törzsek, hibridek nemesítését és termesztésbe vonását. Mivel számos stressz során, beleértve a hideg- és a szárazságstresszt is, számos toxikus oxigén forma halmozódik fel a növényekben, a kutatások egyik irányvonalát képezik azok a vizsgálatok, melyekben a gazdaságilag fontos növények abiotikus stressz-toleranciájának növelését a növények antioxidáns kapacitásának fokozásával kívánják elérni. Az MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet Sejtbiológiai csoportjában kidolgozásra került egy hatékony kukorica portoktenyésztési és dihaploid előállítási módszer, melynek segítségével fertilis oxidatív stressz toleráns kukorica DH vonalakat állítottunk elő. Ezen vonalak fokozott oxidatív stressz-toleranciáját bizonyítottuk. A továbbiakban célunk, hogy ezen oxidatív stressz-toleráns növényeket részletes fiziológiai és biokémiai vizsgálatoknak vessük alá annak érdekében, hogy megállapíthassuk: - rendelkeznek-e fokozott hideg- és szárazságtűréssel, - mekkora a toxikus oxigén formák jelenléte, és hogyan változnak az antioxidáns enzimek aktivitásai hideg- és szárazságstressz hatására. Továbbá, - összefüggésbe hozható-e a fokozott hideg és szárazságtűrést mutató növények hideg- és szárazságtűrése, valamint az oxidatív stressz-toleranciájuk mértéke. E kutatási eredmények tapasztalatai elősegíthetik a mikrosporák andrognetikus folyamatainak szélesebb körű felhasználását a növénynemesítésben.
Summary
The forecasted climatic changes require to improve the abiotic stress tolerance of crops. Therefore, intensive researches are focused on improving the cold or drought tolerance of cereals. It is widely documented that either cold and drought stress induce oxidative damage, thus, an improvement of the oxidative stress tolerance of cereals may enhance the protection against the cold or drought stresses as well. Due to a systematic research on maize in vitro androgenesis in the Cell Biology Team of the Agricultural Research Institute of the Hungarian Academy of Sciences, an efficient anther culture and doubled haploid development method was elaborated. On the basis of these studies, a new project commenced aimed at producing DH maize plants tolerant of oxidative stress using ROS stimulators. We proved that many of selected plants possess higher oxidative stress tolerance than the non-selected DH lines, which is partially due to the improved antioxidant capacity. With the support of the OTKA grant, detailed physiological and biochemical investigations are planned : - to characterize the cold and drought tolerance of the progeny of DH plants selected and regenerated from microspores under oxidative stress condition, - to determine the amounts of reactive oxygen species formed under cold or drought stress and the activities of antioxidant enzymes - to determine the relationship between the tolerance of oxidative stress and cold or drought of selected DH lines.
These investigations are able to promote the utilisation of androgenic microspores in breeding programmes.
Final report
Results in Hungarian
A pályázatban azt vizsgáltuk, hogy a korábban in vitro mikrospóra szelekcióval előállított oxidatív stressz-toleráns kukorica DH vonalak rendelkeznek-e fokozott hideg és szárazságtűréssel, ill. van-e összefüggés a növények fokozott oxidatív stressztoleranciája hátterében álló megnövekedett antioxidáns kapacitásuk, valamint a hideg és szárazságtűrésük között.
A hidegtűrést csírázáskor ill. kisnövény korban, míg a szárazság hatását a virágzást megelőző ill. virágzás időszakában vizsgáltuk.
Csírázáskor, ill. kisnövény korban alkalmazott hidegkezelés jelentős mértékben csökkentette a kukorica csírázóképességét ill. fotoszintetikus aktivitását. Az oxidatív stressztoleráns növények közül 7 vonal hideggel szemben is magasabb toleranciát mutatott, mint a kontroll DH és a hibrid növények. Szoros korreláció mutatható ki a fiziológiai paraméterek és a növények antioxidáns kapacitása között.
A szárazság hatására bekövetkező RWC és fotoszintetikus paraméterek változásai, valamint a pollen és termésfejlődés alapján 6 oxidatív stressztoleráns DH vonal szárazsággal szemben toleránsabb volt, mint a kontroll DH és a hibrid növények. A szárazságtűrés mértéke és a növények prolin ill. antioxidáns kapacitása között a korreláció kisebb volt.
Ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy lehetséges hideg- és szárazságtűrő kukorica DH vonalak előállítása mikrospórák in vitro szelekciójával oxidatív stresszt indukáló vegyületek alkalmazásával.
Results in English
The aim of the project was to characterize the cold and drought tolerance of the progeny of DH plants selected and regenerated from microspores under oxidative stress condition and to determine the relationship between the tolerance of oxidative stress and cold or drought of the selected DH lines.
Seedlings and young plantlets were used for determination of cold tolerance, and the effect of drought was studied on adult, preflowering and flowering plants.
Our results presented that 7 of 14 oxidative stress tolerant DH plants were also tolerant to cold, and their cold tolerance was correlated with their antioxidant capacity determined by the activities of the main antioxidant enzymes, such as superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, glutathione reductase, catalase and glutathione-S-transferase.
The drought-induced changes in the physiological parameters of leaves and in the pollen and pistil development presented that 6 oxidative stress tolerant DH plant showed higher drought tolerance than the control DH and hybrid plants. However, the correlation between physiological (RWC, photosynthesis) and biochemical (antioxidant capacity, prolin content) parameters under drought stress conditions was less evident as was found for cold. Four of the oxidative stress tolerant plants presented both drought and cold tolerance.
Our investigations demonstrated that the in vitro microspore selection is a potential way of improving cold and drought tolerance of maize.
Ambrus H, S Dulai, Z Király, B Barnabás and E Darko: Paraquat and cold tolerance in doubled haploid maize, Acta Biologica Szegediensis, 2008
Darko E, Ambrus H, J Fodor, Z Király, B Barnabás: Enhanced tolerance to oxidative stress with elevated antioxidant capacity in doubled haploid maize derived from microspore exposed to paraquat, Plant Abiotic stress tolerance, International conference in Vienna, 2009
Darko E, Ambrus H, Dulai S, Barna B, Z Király, B Barnabás: Környezeti stresszekkel szembenállóság fokozása mikrospórák in vitro szelekciójával, Hagyomány és haladás a növénynemesítésben, 2009
Darko E, Ambrus H, J Fodor, Z Király, B Barnabás: Enhanced tolerance to oxidative stress with elevated antioxidant capacity in doubled haploid maize derived from microspore exposed to paraquat, Crop Science, 49, p. 628-636, 2009
E. Darkó, H. Ambrus, A. Szenzenstein and B. Barnabás: In vitro selection of microspores for resistance to oxidative stress caused chilling tolerance in doubled haploid maize lines, Acta Agronomica Hungarica, 59, 209-216, 2011
Darkó É, H Ambrus, A Szenzenstein and B Barnabás: Responses of photosynthesis to cold stress in DH maize lines tolerant of oxidative stress, Climate change: Challenges and opportunities in agriculture. p155-159, 2011
É Darkó, J Fodor, S Dulai, H Ambrus, A Szenzenstein, Z Király and B Barnabás: Improved cold and drought tolerance of doubled haploid maize plants selected for resistance to prooxidant tert-butyl hydroperoxide, Journal of Agronomy and Crop Science, 197, 454-465., 2011
E. Darkó and B. Barnabás: Improvement of abiotic stress tolerance of crops via enhancement of their antioxidant capacity, Current Chemical Biology, spec issue, in press, 2012
Events of the project
2022-01-10 11:24:17
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényélettani Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
2014-01-07 16:08:24
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényi Sejtbiológiai Osztály (MTA Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Növényélettani Osztály (MTA Agrártudományi Kutatóközpont).
