organ development, protein functional studies, protein interactions, transgenic plants, expressional analyses, protein localization, mycorrhizal symbiosis,
Discipline
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
20 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Institute of Plant Biology (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants
Fehérné Juhász, Erzsébet Kiss, Erno Kissné Oláh, Boglárka
Starting date
2009-01-01
Closing date
2012-12-31
Funding (in million HUF)
35.460
FTE (full time equivalent)
4.44
state
closed project
Summary in Hungarian
Munkánk során egy speciális növényi szerv, a pillangósvirágúak gyökerén kialakuló szimbiotikus nitrogénkötő gümő fejlődéséről kívánunk újabb ismereteket feltárni. Ehhez a pillangósok molekuláris modellnövényét, a lucerna közeli rokonát, a Medicago truncatula-t használjuk. Egy a gyökérgümő fejlődésében hibás mutáns segítségével az elmúlt években genetikai térképezésen alapuló klónozással azonosítottunk egy új Medicago gént, mely elengedhetetlen a szimbiotikus gümő organogeneziséhez és a szimbionta baktériumok inváziójához (OTKA 46819. pályázat támogatásával). Ez a Lin elnevezésű gén egy ~ 1500 aminósavat tartalmazó fehérjét kódol, mely többek között egy U-box domént is hordoz, s ezáltal feltételezhetően E3 ubiquitin ligáz aktivitással bírhat. Elsődleges célunk, hogy minél több oldalról vizsgáljuk a Lin gén és az általa kódolt fehérje funkcióját: kísérletes bizonyítékokat gyűjtsünk a LIN fehérje feltételezett E3 ligáz aktivitásáról, azonosítsunk vele kölcsönhatásba lépő molekulá(ka)t, megvizsgáljuk a gén transzkripcionális szabályozását és kifejeződését, valamint megpróbáljuk a funkcióját elhelyezni a szimbiotikus gümőfejlődés folyamatában. Mindezzel betekintést nyerhetünk a gümő organogenezisének egy új szabályozó folyamatába, s ennek során talán az is kiderül, hogy az eukarióta sejtekben általános uqiuitinációs folyamatok hogyan specializálódhattak a növény-mikróba szimbiotikus interakciókban.
Summary
Symbiotic root nodules are special organs developed on the roots of legume plants upon rhizobial inoculation, in which biological nitrogen fixation takes place. We use the model legume Medicago truncatula as an object to acquire more information about the molecular background of this biological process. We used positional cloning to isolate a new symbiotic M. truncatula gene playing important role in the nodule organogenesis as well as in the bacterial invasion during the last few years - with the help of OTKA fund no. 46819 between 2004 and 2007. The identified gene, called Lin, codes for a large protein of ~ 1500 AA containing a U-box domain and thereby is predicted to act as an E3 ubiquitin ligase. Our main goals are to learn about the predicted E3 ligase function of LIN with possible identification of its target molecule(s), to explore its transcriptional regulation and expression pattern, as well as to put its function into the symbiotic context. The function of LIN will shed light to a new type of regulatory pathway needed for the intermediate steps of nodule formation. Our studies will reveal the involvement and function of this protein in the symbiotic nodule organogenesis as well as how LIN is regulated and its action with interactor molecules, as well as location and timing of ubiquitin modifications during symbioses.
Final report
Results in Hungarian
A szimbiotikus nitrogénkötés kialakulása során egy speciális növényi szerv, gümő fejlődik a pillangósvirágúak gyökerén. A gümő organogeneziséhez és a szimbionta baktériumok inváziójához a korábban általunk azonosított Medicago gén, a LIN funkciója is elengedhetetlen. A gén terméke egy ~ 1500 aminosavból álló, U-box domént is hordozó fehérje, melyről a projekt során kísérletesen bizonyítottuk, hogy E3 ubiquitin ligáz aktivitással bír, valamint azonosítottunk egy vele kölcsönhatásba lépő szimbiotikus transzkripciós faktort. Jellemeztük a gén kifejeződését, megállapítottuk, hogy transzkripcionális szabályozása nem számottevő a szimbiózis folyamán. Ugyanakkor kísérletes adatokat kaptunk a LIN fehérje transzlációs szinten történő szabályozásáról, a fehérje instabilitásáról. Különböző deléciós génszármazékok vizsgálatával feltérképeztük a LIN fehérje funkcionális doménjeit. A LIN-nek a már azonosított egyéb szimbiózis-specifikus gének funkciójához viszonyított helyzetét is jellemeztük, ezen gének expressziós mintázatának vizsgálatával lin mutáns háttérben. A Medicago LIN gén homológját számos növényben megtaláltuk, néhányról transz-komplementációs tesztben bizonyítottuk, hogy képesek a szimbiotikus funkció helyreállítására. A kapott eredmények révén a gümő organogenezisének egy új regulációjáról nyertünk ismereteket, melyek arra is rávilágítanak, hogy az eukarióta sejtekben általános ubiqiuitinációs folyamatok hogyan specializálódhattak a növény-mikróba szimbiotikus interakciókban.
Results in English
Symbiotic root nodules are special organs developed on the roots of legume plants upon rhizobial inoculation, in which biological nitrogen fixation takes place. The Medicago LIN gene is proved to be indispensable for the nodule organogenesis and the bacterial invasion by its mutant phenotype. We have identified this gene by positional cloning in M. truncatula and it codes for a large protein of ~ 1500 AA containing a U-box domain. During this project we have demonstrated its E3 ubiquitin ligase activity experimentally. We have also identified a symbiotic transcription factor as an interactor partner of LIN as its potential target molecule. The expression pattern of LIN was explored, its transcriptional regulation was shown not to be important in the course of nodulation. On the other hand accumulated data strongly suggest the translational/post-translational regulation of LIN. Using deletion derivatives we have mapped the functional importance of the different domains of this protein. By analyzing the promoter activities of various symbiotic genes in the lin mutant background we have put its function into the symbiotic context. We have identified homologs of LIN in many different plant species, and trans-complementation experiments revealed that some of them could fully complement the symbiotic function of LIN. The knowledge we gained on the function of LIN shed light to a new type of regulatory pathway needed for the intermediate steps of nodule formation.
B Olah, E Kiss, L Ma, K Kontar, Z Bozsoki, E Feher-Juhasz, S Jenei, G Endre: U-box domain containing ubiquitin ligases during early nodulation signalling, előadás 9th European Nitrogen Fixation Congress, 2010
Oláh Boglárka, Kiss Ernő, Kontár Katalin, Bozsóki Zoltán, Juhász Erzsébet, Jenei Sándor, Endre Gabriella: U-box típusú E3 ubiquitin ligázok szerepe a szimbiózisban., IX. Magyar Genetikai Kongresszus és XVI. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, 2011
Boglárka Oláh, Ernö Kiss, Katalin Kontár, Zoltán Bozsóki, Erzsébet Fehér-Juhász, Sándor Jenei and Gabriella Endre: Model legumes – tools to explore the role of ubiquitination in the regulation of symbiosis, Model Legume Congress, 2011
Ernö Kiss, Zoltan Bozsoki, Boglarka Olah, Andrea Borbola, Katalin Kontar, Erzsebet Feher Juhasz and Gabriella Endre: How could the LIN gene and its function evolve for symbiosis?, 10th European Nitrogeen Fixation Congress, 2012
Bozsoki Z, Kiss E, Endre G: Structural analyses on Medicago truncatula symbiotic gene homologues in nodulating and non-nodulating plant species, 2009 Model Legume Congress, 2009
Bozsoki Z, Kiss E, Endre G: Homologues of Medicago truncatula symbiotic genes in taxonomically distant species from nodulating to non-symbiotic plant, EPSO Conference, 2010
Bozsóki Zoltán, Kiss Ernő, Oláh Boglárka, Endre Gabriella: Szimbiotikus gének evolúciós vizsgálata, IX. Magyar Genetikai Kongresszus és XVI. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, 2011
Events of the project
2018-02-05 16:25:56
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Genetikai Intézet (MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont), Új kutatóhely: Növénybiológiai Intézet (MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont).
