Hőmérséklet szerepének vizsgálata a gabonafélék virágzásában
Title in English
Evaluating the role of ambient temperature in determining flowering in cereals
Keywords in Hungarian
gabonafélék, virágzás, hőmérséklet
Keywords in English
cereals, flowering, temperature
Discipline
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants
Balázs, Ervin Balla, Krisztina Sági, László Soós, Vilmos Szucs, Péter
Starting date
2008-06-01
Closing date
2012-06-30
Funding (in million HUF)
40.500
FTE (full time equivalent)
4.93
state
closed project
Summary in Hungarian
A virágzás kezdete a növények adott környezethez történő adaptációjának egyik fontos eleme. Gabonafélékben a környezeti tényezők közül a (nem vernalizáló szintű) hőmérsékletnek a virágzás genetikai szabályozását befolyásoló hatása a legkevésbé tanulmányozott. A pályázat célkitűzése az optimálisnál alacsonyabb és magasabb hőmérsékletek, valamint a napi hőingadozás virágzásra kifejtett hatásának vizsgálata. Tanulmányozzuk az optimálisnál alacsonyabb és magasabb hőmérsékletre jelentkező érzékenység, a hőmérséklet kompenzáció mértékét; a főbb egyedfejlődési gének vernalizáció és nappalhossz független szabályozását, a gének közti kölcsönhatás rendszert; a hőmérséklet érzékelésében szerepet játszó egyéb kromoszóma régiókat; a búza és az árpa virágzás szabályozásában jelentkező különbségek genetikai alapjait; valamint a fajták egyedfejlődési főgén haplotípusai és a földrajzi elterjedésük közti kapcsolatot. Ennek érdekében két-szülős, valamint sok fajtás árpa és búza populációkon végzett klímakamrás kísérleteket és molekuláris genetikai vizsgálatokat tervezünk, amelyek alacsony kockázati szinten kivitelezhetők a futamidő alatt. A kutatás eredményeként várható új szabályozó gének, szabályozási folyamatok azonosítása; a genetikai források hatékonyabb felhasználása fajta előállításban; markeren alapuló szelekció kidolgozása; valamint sikeresebb részvétel hazai és nemzetközi együttműködésekben, az Európai Uniós pályázatokban.
Summary
Flowering is important for the ecological adaptation of plants. Of the environmental factors, the effect of ambient temperatures above the vernalizing level on the genetic regulation of flowering has been studied to the least extent in cereals. In this project the effect of sub- and supra-optimal temperatures and of daily temperature fluctuation on the genetic regulation of flowering will be studied in order to evaluate: sensitivity to sub- and supra-optimal temperatures, the phenomenon of temperature compensation; the source and sites of the vernalization- and photoperiod-independent regulation of major plant developmental genes and their interactions; additional loci of temperature sensing outside the known plant developmental genes; the genetic and genomic basis of differences in the regulation of flowering between wheat and barley; and the connection between haplotypes of the major plant developmental genes and the geographical distribution of varieties. Bi- and multi-varietal wheat and barley populations will be studied in controlled environmental experiments and using molecular genetic tools (risk level: low). Expected results: discovery of new genes and regulation pathways, the greater utilisation of resources for variety development, marker-assisted selection and ideas for future research projects in national and international collaboration.
Final report
Results in Hungarian
Az árpa egyedfejlődését és így a földrajzi adaptációs képességét elsődlegesen a vernalizációs igény, valamint a nappalhossz érzékenység mértéke szabja meg. E két komponens alapján kialakított árpa csoportokon belül azonban nagy variabilitás mutatkozik a fajták egyedfejlődési mintázatában és virágzási idejében. Kísérleteinkkel célunk volt e variabilitást kiváltó környezeti tényezők egyedfejlődésre gyakorolt hatásának részletes elemzése, valamint ezekre a környezeti tényezőre adott válaszreakciók genetikai szabályozásában közreműködő komponensek azonosítása. Vizsgáltuk a környezeti hőmérséklet szerepét a vernalizációs folyamatokat és a hőstresszt kiváltó hőmérsékletek közti intervallumban, az állandó és a napi fluktuáló tényezők (fény, hőmérséklet) egymáshoz viszonyított hatását, valamint a fény minőségének a szerepét. Meghatároztuk e környezeti tényezőkre adott válaszreakciók természetes variabilitásának mértékét a termesztett árpafajták körében, kontrasztos reakciójú fajtákat azonosítottunk a további kísérletek céljaira. Kétszülős árpa populációkra alapozott QTL elemzéssel, és nagy fajtakört magába foglaló gyűjteményre alapozott teljes genomra kiterjedő fenotípus – genotípus asszociációs elemzésekkel azonosítottuk a szabályozásban szerepet játszó főbb genetikai komponenseket. Nyomon követtük a főbb egyedfejlődési gének génexpressziós mintázatainak változását mesterséges (kontrollált klímakamra) és természetes (szántóföldi vegetációs periódus) környezetben, több vetésidőben.
Results in English
In cereals, plant development and thus the ecological adaptation is basically determined by the vernalization requirement and photoperiod sensitivity. Large variation in flowering time exists however between the cultivars within the various groups of these two factors. Our major aims were to identify the additional environmental cues responsible for this variation, to characterise their effects on plant developmental patterns and to evaluate the genetic determinants participating in the regulation pathways of these environmental cues. Thus we studied the effects of ambient temperature on plant development in the range between its function as a vernalising agent and being an abiotic stress factor, the effects of daily fluctuating factors (light and temperature) compared to constant environment, and the effects of the quality of light. We characterised the natural variation present in cultivated barley for these environmental factors and identified contrasting types for further studies. The evaluation of the genetic components involved was carried out partly by QTL studies in bi-parental mapping populations and partly by genome wide association mapping in a multi-parental barley collection. Changes in the expression levels of the major plant developmental genes were also followed both in controlled environmental tests and under field conditions during the vegetation period with the application of different sowing time.
Karsai, I., Veisz, O.: A koraiság genetikai hátterének vizsgálata búzában (Triticum aestivum L.), Hagyomány és haladás a növénynemesítésben. XV. Növénynemesítési Tudományos Napok, p.223-227, 2009
Karsai, I., Szűcs, P., Kőszegi, B., Hayes, PM., Casas, A., Bedő, Z., Veisz, O.: Effects of photo and thermo cycles on flowering time in barley: a genetical phenomics approach., Journal of Experimental Botany, 59:2707-2715., 2008
Karsai, I., Mészáros, K., Kőszegi, B., Hayes, PM., Bedő, Z., Veisz, O.: A gabonafélék egyedfejlődését és kalászolását meghatározó genetikai komponensek tanulmányozása, A martonvásári agrárkutatások hatodik évtizede, Martonvásár p37-42, 2009
Karsai, I.,Kőszegi, B., Meszaros, K., Bedő, Z., Veisz, O.: Plant developmental patterns and environmental adaptation in barley, 60. Tagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufl eute Österreichs, Gumpenstein. p19-24., 2010
Karsai, I, Szűcs, P, Hayes, PM, Kőszegi, B, Bedő, Z, Veisz, O: Vernalization-independent regulation pathway of the Vrn-H1 vernalization response locus, Proceedings of the 10th International Barley Genetics Symposium, p190-198, 2010
Kiss T, Balla K, Veisz O, Karsai I: Elaboration of a non-destructive methodology for establishing plant developmental patterns in cereals., Acta Agronomica Hungarica 59:(4) pp. 293-301., 2011
Casao MC, Karsai I, Igartua E, Gracia MP, Veisz O, Casas AM: Adaptation of barley to mild winters: A role for PPDH2, BMC PLANT BIOLOGY 11: p. 164, 2011
Kiss T, Balla K, Veisz O, Láng L, Bedő Z, Karsai I: Allele frequencies in the VRN-B1 and VRN-D1 (vernalization response) and PPD-D1 (Photoperiod sensitivity) genes, and their interactive effects on flowering in wheat (Triticum aestivum L.) genotypes, Bedő Z, Láng L (szerk.) Plant Breeding for Future Generations: Proceedings of the 19th EUCARPIA General Congress. Budapest, 2012.05.21-2012.05.24. p311, 2012
Karsai I, Casas A, Igartua E, Kiss T, Veisz O: Application of phenomics and genome wide association mapping for studying the ambient temperature sensing in barley, Bedő Z, Láng L (szerk.) Plant Breeding for Future Generations: Proceedings of the 19th EUCARPIA General Congress. Budapest, 2012.05.21-2012.05.24. pp118-121, 2012
Events of the project
2022-01-10 11:23:19
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Molekuláris Nemesítési Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
