Production of plants with increased antioxidant capacity for use in phytoremediation and resistance-breeding  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75169
Type PD
Principal investigator Bittsánszky, András
Title in Hungarian Megnövelt antioxidáns kapacitású növények előállítása biotechnológiai módszerekkel fitoremediáció és rezisztencia-nemesítés céljára
Title in English Production of plants with increased antioxidant capacity for use in phytoremediation and resistance-breeding
Keywords in Hungarian fitoremediáció, molekuláris nemesítés, transzgénikus növény, antioxidánsok
Keywords in English phytoremediation, molecular breeding, transgenic plants, antioxidants
Discipline
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Crop protection
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Plant Protection Institute, HAS
Starting date 2008-10-01
Closing date 2011-10-31
Funding (in million HUF) 21.500
FTE (full time equivalent) 2.54
state closed project
Summary in Hungarian
Vizsgálataink célja, hogy nagy antioxidáns kapacitású növények előállítása révén betegségekkel szemben tartós ellenállósággal rendelkező, illetve a fitoremediációban hasznosítható növényeket állítsunk elő. Ennek érdekében tervezzük a növények oxidatív stressztűrő képességét javítani in vitro szelekcióval, illetve olyan transzgénikus növényeket hozunk létre, amelyek ellenállnak a reaktív oxigén fajták károsító hatásainak. Annak érdekében, hogy haszonnövényeink általános és tartós ellenálló képességét növelhessük, elengedhetetlen a növényi pro- és antioxidánsok szerepének felderítése. Kutatásainkban Arabidopsis thaliana és nyárfa növényeket alkalmazunk. Mindkét növény genomszekvenciája hozzáférhető, ami lehetővé teszi, hogy az oxidatív stressztűrőképesség molekuláris hátteréről is újabb ismeretekre tegyünk szert. A várható eredményeink közvetlenül hasznosíthatóak lesznek a gyakorlati növénynemesítés számára az ellenálló növények fejlesztésekor.
Summary
The goal of this research project is to create crop plants with high antioxidant capacity that are suitable for phytoremediation and breeding for durable disease resistance. To achieve this target we will use the in vitro selection procedure and the pyramiding of antioxidant genes in transgenic plants that are resistant against reactive oxygen species. In order to achieve durable disease resistance and improve the general stress tolerance of crop plants our project aims to clarify the roles pro- and antioxidants play in these processes. In this project we will use Arabidopsis thaliana and poplar plants. Both plants are genome sequenced thus the possibility is taken to develop our knowledge about the molecular background of oxdidative stress tolerance. Our expected results could be utilized by practical plant breeding to develop resistance of crop plants.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A munkánk alapvető célja volt, hogy nagy antioxidáns kapacitású stressz-ellenálló növényeket állítsunk elő. Erre rendkívül alkalmas a genetikai transzformáció és az in vitro szelekció, habár a két módszer társadalmi elfogadottsága nagyban különbözik. Munkánk során mind a két módszert alkalmaztuk. A kísérleteket lúdfű (Arabidposis thaliana) és szürkenyár növényeken végeztük el Arabidopsis thaliana növényeket transzformáltunk a kukorica gstF4 génjével. A transzgénikus és kontroll növényeket többféle vegyszerrel, gyomirtószerrel és nehézfémekkel kezeltük. A transzégnikus és kontroll növények között jelentős fenotípusos eltérést tapasztaltunk acetoklór, metolaklór, acifluorfén és kadmium esetében. A cinkkel paraquattal és hidrogén-peroxiddal történő kezelés során a növények reakciói között nem tapasztalunk különbséget. Ezek után szuperoxid-dizmutáz és kataláz enzimekkel is transzformáltunk Arabidopsis növényeket, amelyek értékelése jelenleg is tart. Paraquat toleráns szürkenyár növényeket állítottunk elő in vitro szelekcióval szubletális paraquat koncentráción. A táptalajon való ellenőrzést követően a klónokat mikroszaporítottuk, gyökereztettük és üvegházba kiültettük. A laboratóriumi tesztek során a paraquat toleráns növények toleranciát mutattak metolaklórral és acifluorfénnel szemben is. Azonban a paraquat toleráns a klón előnyös tulajdonságai nem biztos hogy szabadföldön is megjelennek, ezért ennek eldöntésére a szabadföldi kísérleteket is megkezdtük.
Results in English
The aim of our work was to create crop plants with elevated antioxidant capacity and stress resistance. Genetic modification of and in vitro selection are powerful tools to produce plants with advantageous characteristics. In our experiments we used both methods to produce plants with elevated stress capacity. The experiments were carried out with Arabidopsis thaliana and Populus × canescens. Arabidopsis thaliana plants were transformed with Zea mays gstF4 gene to overexpress glutathione S-transferase. The transgenic and wild type plants were tested against different chemicals, herbicides and heavy metals. Strong phenotypic differences were observed when transgenic seeds were subjected to acetochlor, metolachor acifluorfen and cadmium-chloride. In contrast no differences were revealed between control and transgenic plants when treated with paraquat, hydrogen-peroxide and zinc After that Arabidopsis plants were transformed with superoxide-dismutase and catalase enzymes where the evaluation is in progress. Paraquat tolerant grey poplar clones were selected in in vitro nodal segment cultures at sublethal paraquat concentration. After testing on tissue culture media, regenerants were propagated, rooted and transplanted to a greenhouse. During laboratory experiments the plants showed cross tolerance to metolachlor and acifluorfen. In order to reveal the manifestation of the advantageous characteristics, field tests were started with paraquat tolerant poplar clones.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75169
Decision
Yes





 

List of publications

  
Bittsánszky A, Gyulai G, Gullner G, Tóth Z, Kiss J, Szabó Z, Heszky L, Kőmíves T: Paraquat-toleráns nyárfa in vitro szelekciója és molekuláris jellemzése., Hagyomány és haladás a növénynemesítésben. XV. Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, ISBN: 978-963-508-575-0, pp. 31-35, 2009
Bittsánszky A., Gyulai G., Szabó Z., Gullner G., Tóth Z., Heszky L., Kőmíves T.: Expression of psbA and psbB genes in 35S-gshI transgenic and paraquat tolerant poplar clones (Populus x canescens)., New Developments in the Green Gene Technology, 8th International Symposium in the Series Recent Advances in Plant Biotechnology, 1-4 September, Szeged Hungary p.41, 2009
Bittsánszky A., Gullner G., Gyulai G., Kőmíves T.: Molecular breeding of poplar for phytoremediation purposes, COST Action 859 WG1 & WG2 Workshop and MC Meeting April 16-17, 2009, Szeged, p. 41, 2009
Kőmíves T, Gullner G, Bittsanszky A, Pascal S, Laurent F.: Phytoremediation of persistent organic pollutants, Cereal Research Communications 37: 537-540, 2009
Bittsánszky A., Gyulai G., Gullner G., Kiss J., Szabó Z., Kátay Gy., Heszky L., Kőmíves T.: In vitro breeding of grey poplar (Populus × canescens) for phytoremediation purposes, of Chemical Technology and Biotechnology 84 (6): 890-894, 2009
Bittsánszky A., Gyulai G., , Gullner G., Heszky L., Kőmíves T.: Gst27-transzgémikus lúdfű (Arabidopsis thaliana) molekuláris jellemzése, XVI. Növénynemesítési Tudományos Napok, p.57. Budapest, 2010
Veres A, Gyulai G, Bittsánszky A, Láposi R, Kőmíves T: Conservation genetics - Cloning and genetic analysis of the oldest Magyar black locust (Robinia pseudoacacia) tree planted in 1710 (Bábolna) for phytoremediation purposes., STREPOW International workshop - in press, 2012
Bittsánszky A, Gyulai G, Kőmíves T: Arabidopsis thaliana overexpressing Zea mays glutathione S-transferase: modelling an effective phytoremediation, Journal of Biotechnology 150, Supplement 1, 486, 2010
Bittsánszky A, G Gyulai, G Gullner, Gy Heltai, T Kőmíves: Overproduction of GSH (glutathione) by 35S-gshI Poplar (Populus x canescens), International Conference on Agri-Environmental Chemistry and Toxicology September 20-22, Budapest, Hungary p. 50, 2011
Barna B, A Bittsánszky, O Viczián, L Király, J Fodor, G Gullner, T Kőmíves, Z Király: Biotic and abiotic stress-tolerant plants with elevated antioxidant capacity, Agrisafe - Climate changes: challenges and opportunities in agriculture (ed. O Veisz). pp.227-230, Budapest. ISBN 978-963-8351-37-1., 2011
Gyulai G, A Bittsánszky, G Gullner, Gy Heltai, T Kömíves: ) Somatic clones of Populus nigra selected and characteried by SSRs, and compared to 35S-gshI P. canescens for sulphurylase uptake capacity, Agrisafe - Climate changes: challenges and opportunities in agriculture (ed. O Veisz). pp.167-170, Budapest. ISBN 978-963-8351-37-1., 2011
Bittsánszky A, G Gyulai, T Kőmíves: Overexpression of Zea mays GSTF4 in Arabidopsis thaliana lead to strong tolerance against metolachlor, 10th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants July 5-8, 2011, Budapest, Hungary p.170, 2011
Bittsánszky A, G Gyulai, G Gullner, Gy Heltai, A Anton, T Kőmíves: A Populus fajok szulfát felvételének szabályozása, XVII. Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, p.111., 2011
Bittsánszky A, Gyulai G, Király K, Kőmíves T: Paraquat hatóanyagon szelekltált nyárfák összehasonlító tesztelése stressz rezisztenciára, 57. Növényvédelmi Tudományos Napok, 2011 Február 21-22 Budapest p. 76, 2011
Gyulai G, Bittsánszky A, Kampfl G, Gullner G, Heltai G, Kőmíves T: Molecular Farming of GSH (glutathione) by 35S-gshI Poplars (Populus x canescens) exposed to paraquat, nitric oxide, zinc sulphate and NaCl treatments, Plant Cell Reports (in press - submitted), 2012
Bittsanszky A, Rai RV and Oros G: Response of glutathion conjugation system to soil borne Rhizoctonia infection of okra, Acta Phytopatologica et Entomologica Hungarica (in press- submitted), 2012
Gyulai G, Bittsánszky A, Gullner G, Heltai Gy, Kőmíves T: Microsatellite variations of somatic clones of black poplar (Populus nigra) selected in vitro for phytoextraction purposes, STREPOW International Workshop - in press, 2012
Bittsánszky A ,Gyulai G, Gullner G, Király K, Kőmíves T: Paraquat tolerant grey poplar (Populus x canescens) clone shows cross tolerances to metolachlor and acifluorfen monitored by video image analysis, STREPOW International Workshop - in press, 2011
Bittsánszky A, Pilinszky K, Kőmíves T, Schröder P: The role of glutathione S-transferase enzyme during heavy metal and herbicide stress in Arabidopsis thaliana, manuscript in preparation, 2012



Back »