Természetes vegyület, az S-metilmetionin hatásának vizsgálata a paradicsom és a kukorica fiziológiai sajátságaira, biotikus és abiotikus stressztoleranciájára
Title in English
Effect of the natural compound S-methylmethionine on the physiological characteristics, biotic and abiotic stress tolerance of tomato and maize
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)
50 %
Ortelius classification: Crop protection
Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Ortelius classification: Crop physiology
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Panel
Complex agricultural sciences
Department or equivalent
Department of Plant Physiology and Molecular Plant Biology (Eötvös Loránd University)
Participants
Almási, Asztéria Bélai, Iván Lásztity, Demeter Páldi, Emil Parádi, István Rudnóy, Szabolcs Szabó Endréné dr. Rácz, Ilona
Starting date
2008-06-01
Closing date
2012-12-31
Funding (in million HUF)
18.000
FTE (full time equivalent)
5.19
state
closed project
Summary in Hungarian
A mezőgazdasági szempontból jelentős haszonnövények táplálkozásélettani és termesztési tulajdonságainak javítására széleskörű kísérletek folynak keresve a természetes, a biotermesztésben is alkalmazható megoldásokat. Az utóbbi időben előtérbe került a biológiailag aktív természetes anyagok iránti igény, melyek segítségével lehetséges a minőség javítása. Ilyen vegyület a növények S-metabolizmusában fontos szerepet betöltő S-metil-metionin (SMM), mely részt vesz a hormonok, ozmoprotektánsok és másodlagos metabolitok szintézisében. Vizsgálataink azt mutatják, hogy az SMM kedvezően befolyásol számos fiziológiai folyamatot részben közvetlenül, részben elősegítve a szabályozó poliaminok bioszintézisét. Fokozza a stressztűrő-képességet, hatásmódja azonban még számos vonatkozásban tisztázatlan. Munkánk célkitűzése ezért az, hogy mezőgazdasági szempontból fontos növényeken (paradicsom, kukorica) az abiotikus (hidegstressz, UV-B) és biotikus stressztényezők (vírusfertőzés) hatására bekövetkező változások komplex fiziológiai (fotoszintetikus paraméterek, enzimaktivitás és hormonális változások), molekuláris biológiai (jellemző génexpresszió változások) és biokémiai-analitikai (fitoalexinek, karotinoidok összetételének változásai) vizsgálatával közelebb kerüljünk az SMM sokoldalú szerepének megértéséhez. Mivel a termesztés szempontjából fontos tulajdonságokat és a betegség-ellenállóságot a növény mikorrhizáltsága kedvező irányban módosítja, választ keresünk arra is, hogy az SMM hogyan befolyásolja a mikorrhiza gyökérbeli kolonizációját és élettani hatásait. Ezek a kutatások fontos szerepet játszhatnak a jövőben a mezőgazdaság több területén Magyarországon is.
Summary
A wide range of experiments are underway to find natural solutions, also applicable in organic farming, for the improvement of the nutritional and agronomic traits of agriculturally important crops. In recent years there has been increasing demand for natural, biologically active materials, which can be used to improve quality. One such compound is S-methylmethionine (SMM), which plays an important role in the S metabolism of plants, being involved in methylation reactions, and in the synthesis of hormones, osmoprotectants and secondary metabolites. SMM has been found to have a favourable influence on numerous physiological processes, partly directly and partly by promoting the biosynthesis of regulatory polyamines. It also enhances stress tolerance, but many aspects of the mechanism of this effect remain to be clarified. The aim of the present work was thus to carry out a complex investigation of changes occurring in crops important for agriculture (tomato, maize) in response to abiotic (cold stress, UV-B) and biotic (virus infection) stress factors by means of physiological (photosynthetic parameters, characteristic enzyme activity, hormonal changes), molecular biological (characteristic changes in gene expression) and biochemical (changes in the biosynthesis and composition of phytoalexins and carotenoids) analysis, in order to obtain a better understanding of the complex role of SMM. As the formation of mycorrhizae has a favourable effect on the agronomic properties and disease resistance of plants, the influence of SMM on the root colonisation and physiological effects of mycorrhizae was also examined. The findings could play an important role in many branches of Hungarian agriculture (e.g. organic farming) in the future.
Final report
Results in Hungarian
Az S-metilmetionin (SMM) stresszvédelemben betöltött szerepét vizsgáltuk. Megállapítottuk, hogy ez a természetes, nem proteinogén aminosav jelentős szerepet játszik a vizsgált növények abiotikus és biotikus stresszorokkal szembeni védekezőképességének kialakításában, a stressztolerancia növelésében. Közvetlenül szerepel a kénanyagcsere alapvető folyamataiban, befolyásolja poliaminok bioszintézisét, mint az S-adenozilmetionin prekurzora és mint aminopropil-donor vegyület membránvédő, stabilizáló hatású. Transzkripció szinten elősegíti a hidegstressz elleni védelemben központi szabályozóként működő, számos gén kifejeződését együtt szabályozó CBF transzkripciós faktorok expresszióját. Növeli az ugyancsak sokoldalú szabályozó és stresszvédő poliaminok, valamint az általános stresszvédelemben jelentős fenilpropanoidok (fenoloidok, antociánok) szintéziséért felelős gének expresszióját. Mindezek következményeként a metabolomikai szinten bekövetkező változások jelentős fiziológiai választ eredményeznek. Fontos szerepe van egy- és kétszikű növények vírusok elleni védelmében is, csökkentve a víruskoncentrációt, lassítva a vírusok terjedését és szaporodását a gazdanövényekben, amihez hozzájárulhat, hogy fokozza a hormonok és a stresszvédő kénvegyületek képzésében fontos szerepet betöltő S-adenozilmetionin szintéziséért felelős gén expresszióját. Az SMM hatására jellemző a priming hatás, ami előkészíti a növényt a stresszre és lehetővé teszi a gyorsabb és hatékonyabb stresszválaszt.
Results in English
The present work aimed to reveal the multiple role of SMM in protection against biotic and abiotic stressors. We proved that this non–proteinogenic amino acid has an important function in the development of defence potential and in the improvement of stress and disease tolerance of examined plants. At the level of transcription SMM exerts its effect via central regulatory factor CBF, which influences the expression of number of genes during cold stress as a coordinator. The effect of SMM is chiefly manifested in its influence on the expression of CBFs that act as central coordinator in the regulation of number of genes during cold stress. In addition, SMM enhances the expression of regulatory and stress protecting polyamines and the expression of genes coding for proteins with beneficial influence in defence compound phenolics, for instance anthocyanins. The changes of gene expression result in changes of metabolomic and physiological processes of plants. SMM has an important role in biotic stress protection against both of TSWV virus of tomato and the MDMV virus of maize, decreasing the virus concentrations and moderating their replication in plant. This beneficial influence may be due to its effect in increasing the expression of gene responsible for S-adenosylmethionine synthesis, which is important in the synthesis of stress protecting compounds. We found that SMM characteristically affects due to a priming effect, resulting in faster and improved stress response.
Szegő D; Lőrincz I; Soós V; Páldi E; Visnovitz T; Bratek Z; Lásztity D; Szigeti Z; Rácz I: Protective effect of the naturally occuring, biologically active compound S-methylmethionine in maize seedlings exposed to a short period of cold, Cereal Research Communications, 37(3) 419-429, 2009
Szegő D; Lőrincz I; Lásztity D; Szigeti Z; Rácz I: Biologically Active Natural Compound S-Methylmethionine Exhibits Protecting Effect in Maize Seedlings Exposed to Cold Stress, Abstract N28. pp54, in Abstract Book of International Conference on Plant Abiotic Stress Tolerance, 8-11 February, Vienna, 2009
Kósa E; Szegő D; Horváth E;: Relationship between the S-methymethionine treatment and the activities of antioxidant enzymes in maize (Zea mays L.) leaves at chilling, Acta Agronomica Hungarica, 57(4) 461-469, 2009
Ludmerszki E.: S-metil-metionin által kifejtett védő hatás kukoricában MDMV (kukorica csíkos mozaik vírus) által okozott fertőzés esetén., OTDK dolgozat és előadás, 2011
Kósa E., Szegő D., Horváth E., Rácz I., Szigeti Z., Lásztity D., Páldi E.: Effect of S-methylmethionine on the photosynthesis in maize at different chilling temperatures, Central European Journal of Biology 6,(1) 75-83., 2011
Ludmerszki E.: S-metil-metionin által kifejtett védő hatás kukoricában MDMV (kukorica csíkos mozaik vírus) által okozott fertőzés esetén, XXX. JUbileumi OTDK Biológia szekció összefoglalói p. 112, 2011
