Studies on metal homeostasis in plants  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
74045
Type NN
Principal investigator Fodor, Ferenc
Title in Hungarian Fémionok homeosztázisa növényekben
Title in English Studies on metal homeostasis in plants
Keywords in Hungarian metabolitok, proteinek, stressz, vas, kadmium, cink, Mössbauer, kloroplasztisz
Keywords in English metabolites, proteins, stress, iron, cadmium, zinc, Mössbauer, chloroplast
Discipline
Agrochemistry (Council of Complex Environmental Sciences)50 %
Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Ortelius classification: Crop physiology
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Department of Plant Physiology and Molecular Plant Biology (Eötvös Loránd University)
Participants Kovács, Krisztina
Sárvári, Éva
Starting date 2008-05-01
Closing date 2010-12-31
Funding (in million HUF) 11.000
FTE (full time equivalent) 1.93
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat célja a vas homeosztázisának vizsgálata növényekben különös tekintettel a metabolitok és proteinek szerepére. A munka nemzetközi együttműködés keretében valósul meg a magyar pályázó és a spanyol Aula Dei Kutató Intézet (Zaragoza) között. A spanyol partner pályázatát az ottani Kutatási és Oktatási Minisztérium már támogatásban részesítette (címe: „ESTUDIOS SOBRE LA HOMEOSTASIS DE METALES EN PLANTAS”, azonosítója: AGL2007-61948/AGR). Az együttműködés a két csoport korábban már együtt végzett kutatásain alapul, valamint azon hogy a pályázó felek műszerparkja és szaktudása kiegészíti egymást.
A kutatás témái: 1. A Fe kémiai állapotának megismerését célzó Mössbauer spektroszkópiai vizsgálatok változó vasellátás, illetve Zn/Cd stressz során: a felvételben, transzportban és raktározásban résztvevő metabolitok vizsgálata. 2. A növényi proteom változásának vizsgálata különböző színtű fémellátás mellett. A vasellátás és a Cd indukálta változásokat a kloroplasztisz envelop proteomban és a lehetséges kloroplasztisz transzporterek transzkript szintjében 2D PAGE-sel ( spanyol laborban nHPLC-MS-MS-rel), illetve qRT-PCR-rel, míg a különböző tilakoid doménekben lévő komplexek összetételében és szerveződésében bekövetkező változásokat BN/SDS PAGE-sel követjük. 3. A levelekben kimutatható metabolit gradiensek vizsgálata. A klorofill-protein komplexeket (natív gélek) és interakciójukat (BN-PAGE) vashiányos és Cd/Zn-kezelt leveleken tanulmányozzuk.
A projekt keretében 3 magyar PhD-hallgató 5 hónapot tölthet a vezető spanyol laboratóriumban.
Summary
The aim is to improve the current state of knowledge of metal homeostasis in plants, with the goals of finding changes in metabolites and proteins participating in these processes. The project was designed for the cooperation of the Hungarian proponent group with a Spanish research group, the Aula Dei Experimental Station, Zaragoza. The Spanish partner’s proposal has already been approved by the Spanish Ministry of Science and Education (MEC): „ESTUDIOS SOBRE LA HOMEOSTASIS DE METALES EN PLANTAS”, AGL2007-61948/AGR. This cooperation is based on previous research carried out together by the proponent groups and the complementarity in the instrumentation and expertise of the two groups.
The research includes: i. Mössbauer spectroscopic studies on chemical nature of Fe forms under changing Fe homeostasis and Zn/Cd stress: metabolites participating in the uptake, transport and storage of iron plants. ii. Studies on changes in plant proteome associated to different levels of metals in the growth medium. Cd induced changes in the chloroplast envelope proteome and in the transcript level of possible chloroplast transporters will be followed by 2D PAGE (nHPLC-MS-MS available in the Spanish lab.) and qRT-PCR, respectively. Cd/Zn induced changes in the composition, organization and localization of complexes will be followed by BN/SDS PAGE. iii. Studies on the gradients of plant metabolites that occur in plant leaves. Chl-protein complexes (green gels) and their interactions (BN-PAGE) will be followed in iron deficient and Cd/Zn treated leaves.
During the project 3 Hungarian PhD students may spend 5 months in the Spanish laboratory.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A pályázat keretében a spanyol Tudományos Akadémia Aula Dei Kutató Intézetével együttműködésben vizsgáltuk a növények (gyökér, levél, kloroplasztisz) vasfelvételének mechanizmusát, ezen belül a növényben kialakuló Fe(II) és Fe(III) ion- és vegyületformákat, komplexeket, valamint a felvétel kinetikáját eltérő Fe és Zn ellátás, illetve Cd kezelés mellett. Vizsgáltuk a növényi proteom változását különböző szintű fémellátás mellett: a vasellátás és a Cd indukálta változásokat a kloroplasztisz envelop proteomban és a lehetséges kloroplasztisz transzporterek transzkript szintjében, továbbá a különböző tilakoid doménekben lévő komplexek összetételében és szerveződésében bekövetkező változásokat. A hazai laboratóriumokban Mössbauer spektroszkópiával, ICP-MS-rel, BN/SDS PAGE-sel, illetve qRT-PCR-rel, míg a spanyol laboratóriumban IEF/SDS PAGE-sel, HPLC ESI-TOF-MS, illetve nano-HPLC-MS technikával végeztük a méréseket. A tudományterületen jelentős, új eredményeket értünk el 1. a gyökér vas felvétele és szállítása során kialakuló vasformák leírása, 2. a Cd vasfelvétel kinetikájára gyakorolt hatása, 3. a kloroplasztisz vasfelvételének mechanizmusa, 4. a kloroplasztisz borítómembrán proteomikai vizsgálata, valamint különböző tilakoid doménekben a Fe ellátás és a Zn és Cd kezelések a fotoszintetikus komplexek összetételére és szerveződésére gyakorolt hatása terén. Az eredményeket referált tudományos folyóiratokban és nemzetközi konferenciákon közöltük és közöljük. A tudományos kooperáció igen sikeres volt a hazai kutatók külföldi tapasztalatszerzése terén is.
Results in English
In the framework of the project we have studied the iron uptake mechanism of plants (roots, leaves, chloroplasts), more specifically the Fe(II) and Fe(III) ionic forms and complexes as well as the kinetics of the uptake under different Fe and Zn supply and Cd treatments in cooperation with the Aula Dei Research Station (CSIC), Zaragoza, Spain. We have investigated the changes in the plant proteom at different levels of metal supply: the changes induced by Fe-supply and Cd in the chloroplast envelope proteom, the candidate chloroplast transporter’s transcript level and the complex composition and organisation in different thylakoid domains. The measurements were made in the Hungarian labs by Mössbauer spectroscopy, ICP-MS, BN/SDS PAGE and qRT-PCR while in the Spanish lab by IEF/SDS PAGE, HPLC ESI-TOF-MS and nano-HPLC-MS. Significant results have been achieved in the field of 1. identifying the Fe species formed during its uptake and transport processes, 2. the effect of Cd on the kinetics of Fe uptake, 3. the Fe uptake mechanism of chloroplasts, 4. the proteomic study of the chloroplast envelope and the effect of Fe supply and Zn and Cd treatments on the composition and organisation of photosynthetic complexes in the different thylakoid domains. The results have been and being published in scientific journals with high impact factor and international conferences. The scientific cooperation has been very successful regarding the experience of Hungarian researchers in foreign laboratories, too.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=74045
Decision
Yes





 

List of publications

  
Solti Á, Gáspár L, Mészáros I, Szigeti Z, Lévai L, Sárvári É.: Impact of iron supply on the kinetics of recovery of photosynthesis in Cd-stressed poplar (Populus glauca), Ann. Bot. 102: 771-782, 2008
Kovács K, Kuzmann E, Tatár E, Vértes A, Fodor F.: Investigation of iron pools in cucumber roots by Mössbauer spectroscopy: direct evidence for the Strategy I iron uptake mechanism, Planta 229: 271-278, 2009
Solti Á, Szűcs J, Basa B, Sárvári É: Functional and organisational change of photosystem II in poplar thylakoids under Cd stress, Cer. Res. Com. 37(Suppl. 4): 525-528, 2009
Kovács K, Kuzmann E, Vértes A, Lévai L, Cseh E, Fodor F: Effect of cadmium on iron uptake in cucumber roots: A Mössbauer-spectroscopic study., Plant and Soil, 2010
Solti Á, Sárvári É, Tóth B, Basa B, Lévai L, Fodor F: Cd affects the translocation of some metals either Fe-like or Ca-like way in poplar., Plant Physiology and Biochemistry, doi:10.1016/j.plaphy.2011.01.011, 2011
Solti Á, Gáspár L, Szigeti Z, Mészáros I, Sárvári É.: F690-F740 is more suitable than F690/F740 for mapping the regeneration of Cd-induced chlorosis in poplar leaves by fluorescence imaging, Acta Biol. Szeged. 52: 191-194, 2008
Sárvári É, Cseh E, Balczer T, Szigeti Z, Záray Gy, Fodor F.: Effect of Cd on the iron re-supply-induced formation of chlorophyll-protein complexes in cucumber, Acta Biol. Szeged. 52: 183-186, 2008
Basa B, Sárvári É, Tamás L: Validation of reference genes in poplar under Cd stress, In: Abstracts of Int. Conf. on Plant Abiotic Stress Tolerance. Vienna, Austria, p. 108, 2009
Solti Á, Szegi P, Szőllősi E, Mészáros I, Sárvári É: Alleviation of PSII photoinhibition in hardening phase of Cd treated poplar, In: Abstracts of Int. Conf. on Plant Abiotic Stress Tolerance. Vienna, Austria, p. 111, 2009
Sárvári É, Cseh E, Balczer T, Szigeti Z, Záray G, Fodor F: Effect of Cd on the iron re-supply induced greening of iron deficient cucumber, In: Abstracts of Int. Conf. on Plant Abiotic Stress Tolerance. Vienna, Austria, p. 112, 2009
Szűcs J.: A pigment-protein komplexek szerveződésbeli változásai nyárfa tilakoidokban Cd stressz hatására, Diploma dolgozat, ELTE TTK, 2009
Basa B, Solti Á, Sagardoy R, Abadía J, Sárvári É: Compositional changes in the thylakoid complexes under Cd toxicity and iron deficiency studied by 3D electrophoresis and high pressure liquid chromatography techniques., 15th International Symposium on Iron nutrition and Interactions in Plants, Budapest, Hungary. Book of abstarcts p135, 2010
Basa B, Solti Á, Sárvári É, Tamás L: Changes in the transciptional profile of the genes coding for the light harvesting complex proteins under Cd stress in poplar., XVII. Congress of the Federation of European Societies of Plant Biology, Valencia, Spain. Book of Abstracts, 2010
Kovács K, Toth B, Lévai L, Vértes A, Abadía J, Fodor F: Effect of pH and iron complexes on the iron species found in the roots of iron deficient cucumber after iron supply, 15th International Symposium on Iron nutrition and Interactions in Plants, Budapest, Hungary. Book of Abstracts p85, 2010
Sárvári É, Solti Á, Basa B, Abadía J, Fodor F: Effect of Cd and Zn treatment and Fe deficiency on chloroplast Fe uptake., 15th International Symposium on Iron nutrition and Interactions in Plants, Budapest, Hungary. Book of Abstracts p107, 2010
Sárvári É, Solti Á, Mészáros I, Lévai L, Fodor F: Impact of moderate Fe excess during Cd treatment on the photosynthetic performance of poplar., 15th International Symposium on Iron nutrition and Interactions in Plants, Budapest, Hungary. Book of Abstracts p142, 2010
Solti Á, Basa B, Fodor F, Abadía J, Sárvári É: Effect of Cd(II), Zn(II) and Mn(II) on chloroplast iron uptake., 15th International Symposium on Iron nutrition and Interactions in Plants, Budapest, Hungary. Book of Abstracts p70, 2010
Ross K: A tilakoidok szerveződésbeli változásai Cd hatására, Diplomadolgozat, ELTE, 2010
Fodor F, Kovács K, Toth B, Lévai L, Abadía J, Vértes A: Formation of ferric and ferrous iron pools in the roots of iron deficient plants after iron supply at different pH values., 7th International Biometals Symposium, Tucson, USA. Book of Abstracts, p67, 2010
Solti Á, Basa B, Mészáros I, Sárvári É, Fodor F.: Role of Fe and Mn-deficiency in the Cd induced inhibition of photosynthesis, Photosynthesis Research for Food, Fuel and Future: The 15th International Congress of Photosynthesis. Beijing, China. Book of Abstracts p. 264, 2010



Back »