Proving the role of Cbf genes in wheat frost tolerance by transformation  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75528
Type K
Principal investigator Vágújfalvi, Attila
Title in Hungarian A búza fagyállóságban szerepet játszó Cbf gének szerepének bizonyítása transzformációval
Title in English Proving the role of Cbf genes in wheat frost tolerance by transformation
Keywords in Hungarian Cbf, fagyállóság, búza, transzformáció, génszabályozás
Keywords in English Cbf, frost tolerance, wheat, transformation, gene regulation
Discipline
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Medical and Biological Sciences Committee Chairs
Department or equivalent Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants Galiba, Gábor
Monostori, István
Novák, Aliz
Papp, István
Soltész, Alexandra
Szira, Fruzsina
Tandori, Júlia
Starting date 2009-03-01
Closing date 2013-02-28
Funding (in million HUF) 33.785
FTE (full time equivalent) 6.27
state closed project
Summary in Hungarian
Az elmúlt években, nemzetközi együttműködés során, két, egymástól független kísérletsorozattal is igazoltuk, hogy a gabonafélék fagyállóságában mely Cbf gén játszik szerepet. Pályázatunkban direkt módon, transzformációval is bizonyítani kívánjuk e génszabályozásban kulcsfontosságú transzkripciós faktorok szerepét a növények abiotikus stressz-tűrésében. A tanulmányozni kívánt géneket a modell-növény Arabidopsis-ba, majd búzába és árpába transzformáljuk. Vizsgáljuk a bevitt gének megnyilvánulását, a transzformáns növények fokozott stressz-toleranciáját. Egy transzformált gén megnyilvánulását nagymértékben meghatározza, hogy milyen szabályozó régió (promóter) vezérli az adott gént, ezért stressz-indukálható promóterekkel is kísérletezünk. A gének funkcióját a géncsendesítés módszerével is igazoljuk árpában. A kutatás eredménye egyrészt a stressz-tolerancia elméleti alapjainak megértéséhez járul hozzá, másrészt stressz-toleráns fajták létrahozásához vezethet. Ez utóbbi azonban meglehetősen időigényes feladat, e pályázat ennek kezdőlépése, melynek során igazoljuk az általunk transzformált gének hatékonyságát egy- és kétszikű növényekben. A pályázott munka több nemzetközi projekthez is kapcsolódik, doktorandusok munkatervének részét képezi. A pályázat lehetővé teszi az infrastruktúra megtartását, továbbá a beszerzendő eszközök jelentős mértékben hozzájárulnak annak fejlesztéséhez.
Summary
In an international collaboration recently we have identified some individual Cbf genes, which are playing crucial role in the development of frost tolerance in cereals by two independent methods. These Cbf genes are regulators, i.e. they modify the expression of many other genes, so they are excellent subjects for transformation, aiming the improvement of plant stress tolerance. The aim of the proposed project is to prove the involvement of these genes in plant abiotic stress tolerance, and finally, to produce stress tolerant genetic material by transformation. The genes to be studied will be introduced into the model plant Arabidopsis. Having verified the transformation, the expression of the genes will be confirmed, and the improved abiotic stress tolerance will be studied. Wheat will be transformed to produce varieties with increased ability to respond to abiotic stresses. The effectiveness of a transformed gene is highly influenced by the regulatory sequences (promoters) that control it’s expression. To ensure the specific induction of the genes, stress-inducible promoters will also be applied. The role of the Cbf genes will be confirmed in barley by gene silencing method as well. The outcome of the proposed project will provide novel information on the regulatory mechanism of stress tolerance in plants. These experiments will finally lead to varieties with increased resistance to abiotic stresses, however this exceeds the timeframe of this project. By the end of our work we can provide transformant plants with higher level of drought and frost tolerance. The work is based on, and continues international collaborations and serves as bases for several PhD theses.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A gabonafélék genomja sok CBF gént kódol. Nemrég mutattuk ki, hogy ezek közül melyek játszanak fontos szerepet a búza fagyállóságának kialakításában. A pályázatban direkt módon, transzformációval kívántuk bizonyítani e kulcsfontosságú transzkripciós faktorok szerepét. Búzából izolált génekkel Arabidopsis-t, búzát és árpát transzformáltunk; az ehhez készített konstrukciókban a beépített gént, annak folyamatos túltermelését biztosító szabályozó elem (u.n. konstitutív promóter) vezérelte. Meghatároztuk az előállított transzgénikus vonalakban a beépült gének számát, és igazoltuk azok működését. A gének hatását, a megnövekedett stressz-toleranciát kétféle fagyteszttel vizsgáltuk. Az első során - a természetes viszonyokat szimulálandó - hideg-edzést alkalmaztunk a fagyteszt előtt. A második típusú tesztben ilyet nem alkalmaztunk, mert a transzgén állandóan működött, így feltételezésünk szerint nem volt szükség hideg-indukcióra ahhoz, hogy a hatását kifejtse, azaz a fagyállóságot fokozza. Mindkét típusú fagyteszttel sikerült mindhárom növényfaj esetében olyan transzgénikus vonalakat azonosítanunk, amelyekben a fagyállóság szintje megnőtt a bevitt gén hatására. Mivel a bevitt gének más gének működést befolyásoló ún. transzkripciós faktort kódolnak, ezért vizsgáltuk az általuk szabályozott gének működését is. E kísérletek eredményei is a tanulmányozott CBF gének fagytűrés kialakításában betöltött szerepét igazolták.
Results in English
Cereal genome encodes numerous CBF genes. Recently we have identified the ones that are involved in the regulation of frost tolerance. Based on these results, this project was aimed at proving directly their function by transformation methods. Arabidopsis, barley and wheat plants were transformed, with constructions that ensured the constitutive expression of the transformed CBF genes. The insertions of the transgenes were proved, the copy number estimated, and their functionality were verified in each transgenic lines developed. The effectiveness of the genes was tested in freezing tests. One type of test was applied with cold hardening period while the other was applied without it. The efficiency of the transgenes was proved in both test types for each plant species, i.e. transgenic Arabidopsis, barley and wheat lines with increased frost tolerance level were indeed identified. Since CBF genes code for transcription factors, the expression patterns of several downstream genes were also recorded. These experiments also proved the effectiveness of the candidate CBF genes in the regulation of cereal frost tolerance.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75528
Decision
Yes





 

List of publications

  
Soltész A, Smedley M, Vashegyi I, Galiba G, Harwood W, Vágújfalvi A: Transgenic barley lines prove the involvement of TaCBF14 and TaCBF15 in the cold acclimation process and in frost tolerance., Journal of Experimental Botany (közlésre elfogadva), 2013
Dhillon T, Pearce SP, Stockinger EJ, Distelfeld A, Li C, Knox AK, Vashegyi I, Vágújfalvi A, Galiba G, Dubcovsky J.: Regulation of freezing tolerance and flowering in temperate cereals: the VRN-1 connection., Plant Physiol. 2010 153:1846-58., 2010
Vágújfalvi A, Soltész A, Bálint AF, Vashegyi I, Tóth B, Kocsy G, Galiba G: Different approaches involving testing methods, gene mapping and transformation reveal new insights into cereal frost tolerance., Acta Agronomica Hungarica, 60: 167–182, 2012
Soltész A, Vágújfalvi A, Rizza F, Kerepesi I, Galiba G, Cattivelli L, Coraggio I, Crosatti C.: The rice Osmyb4 gene enhances tolerance to frost and improves germination under unfavourable conditions in transgenic barley plants., Journal of Applied Genetics. 53:133-43, 2012
Vágújfalvi A, Nagy VA, Soltész A, Galiba G: A simplified method to test cereal frost tolerance, Acta Agronomica Hungarica 58: 143-149., 2010
Soltész A, Harwood W, Smedley M, Jones HD, Sparks C, Galiba G, Vágújfalvi A: Proving the Role of Two CBF Transcription Factors by Transformation., Plant Transformation Technologies II International Conference, Vienna, Austria, 19-22. February, p.52., 2010
Galiba G, Soltész A, Harwood W, Smedley M, Jones HD, Sparks C, Vágújfalvi A: CBF transcription factors improved the frost and drought tolerance of wheat and barley transgenic plants, 20th North American Barley Researchers Workshop. Corvallis, Oregon June 6-8., 2011
Soltész A, Harwood W, Smedley M, Jones HD, Sparks C, Galiba G, Vágújfalvi A: Proving the role of two CBF transcription factors by transformation., Workshop of the Pannonian Plant Biotechnology Association: Experiences with GMP field trials and combating climate change challenges with green biotechnology. Cluj-Napoca, 2010
Soltész Alexandra, Wendy Harwood, Mark Smedley, Vashegyi Ildikó, Galiba Gábor, Vágújfalvi Attila: Két búza CBF transzkripciós faktor szerepének bizonyítása transzformációval., XVI. Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, 2010. március 11. p. ., 2010
Soltész A, Harwood W, Smedley M, Vashegyi I, Galiba G, Vágújfalvi A: Két búza CBF transzkripciós faktor szerepének bizonyítása transzformációval., XVI. Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, 2010. március 11. p.31., 2010
Galiba G, Soltész A, Harwood W, Smedley M, Jones HD, Sparks C, Vágújfalvi A: Improvement of wheat and barley frost tolerance by transformation with CBF transcription factors., 9th International Plant Cold Hardiness Seminar, Book of Abstracts, 2011
Galiba G, Soltész A, Vashegyi I, Stockinger EJ, Dubcovsky J, Vágújfalvi A: Molecular background and improvement of the cold acclimation process in cereals, 1st Congress of Cereal Biotechnology and Breeding, 24-27 May 2011, Szeged, Hungary, p. 31., 2011
Galiba G, Vágújfalvi A, Vashegyi I, Soltész A, Stockinger EJ, Dubcovsky J, Kocsy G: Molecular bases of the development dependent cold acclimation in temperate cereals, 3rd Workshop on TritiGen COST Action FA0604. 3-7 May 2011, Istambul, p.14., 2011
Galiba G, Vágújfalvi A, Kocsy G, Soltész A, Vashegyi I, Cattivelli L, Dubcovsky J.: Genetic bases of the cold adaptation in cereals., Plant and Microbe Adaptation to the Cold PMAC2009. In Abstract Book Page 30. Organised by Tronso AM, Norwegian Iniversity of Life Sciences, As, Norway, December 4-8, 2009, 2009
Galiba G, Soltész A, Vashegyi I, Vágújfalvi A: Új szemlélet a télállóság-kutatásban., Magyar Mezőgazdaság, 2011.03.23., 2011




 

Events of the project

  
2022-01-10 11:44:44
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényi Molekuláris Biológiai Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
2012-10-10 16:29:07
Résztvevők változása
2010-12-20 14:40:38
Résztvevők változása
2009-09-07 16:42:57
Résztvevők változása



Back »