Salicylic acid-induced improvement of salt stress resistance of tomato: acclimation or programmed cell death  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
76854
Type K
Principal investigator Görgényi Miklósné Tari, Irma
Title in Hungarian Szalicilsav-idukált sóstressz rezisztencia paradicsomban: akklimatizáció vagy programozott sejthalál
Title in English Salicylic acid-induced improvement of salt stress resistance of tomato: acclimation or programmed cell death
Keywords in Hungarian paradicsom, sóstressz, ozmotikus stressz, fotoszintetikus hatékonyság zárósejtekben és mezofillumban, sztómareguláció, abszcizinsav, szalicilsav, programozott sejthalál, GST gének expressziója
Keywords in English tomato, salt stress, osmotic stress, photosynthetic efficiency in guard cells and leaves, regulation of stomatal movement, ABA. salicylic acid, programmed cell death, expression of GST genes
Discipline
Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences)90 %
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 Biology (University of Szeged)
Participants Horváth, Ferenc
Lehoczkiné dr. Simon, Mária
Mainé dr. Csiszár, Jolán
Starting date 2008-10-01
Closing date 2011-10-31
Funding (in million HUF) 11.527
FTE (full time equivalent) 1.36
state closed project
Summary in Hungarian
A hosszútávú, 10-4 M-os szalicilsav (SA) előkezelés javította a paradicsom sóstressz rezisztenciáját, ami az ozmotikus adaptáció, az abszcizinsav és antioxidánsok bioszintézisének fokozódásán alapult, miközben a kontroll növények levelei szeneszcenciát, gyökérsejtjei a programozott sejthalál (PCD) tüneteit mutatták. Tervezett kísérleteinkben vizsgáljuk a levelek és a zárósejtek különböző fényintenzitáson és CO2 koncentráció mellett mutatott fotoszintetikus hatékonyságának szerepét az SA-előkezelt növényekben sóstressz alatt. Korrelációt keresünk a sztómák fotoszintetikus aktivitása és a sztómakonduktancia között. Vizsgáljuk a zárósejtek fotoszintézisét és nyitódását SA, NaCl, aszkorbinsav, poliaminok és ABS jelenlétében, és vizsgáljuk a H2O2 és az NO szerepét az ABA-indukált sztómazáródásban. Analizáljuk a hexózok és a hexokináz aktivitását a levelek öregedésével kapcsolatban. Meghatározzuk a legfontosabb reaktív oxigénformák és az NO mennyiségét, és hatását a só-indukált PCD-re gyökércsúcsban és sejtszinten. Vizsgáljuk az SA-előkezelés során akkumulálódott anyagok szerepét a PCD kivédésében. Glutation S-transzferáz kódoló szekvenciákat határozunk meg adatbázisokból, és a különböző funkciójú, GST-kódoló gének expresszióját vizsgáljuk valós idejű PCR-rel RNS izolálás és cDNS szintézis után. Eredményeink várhatóan hasznosíthatóak a paradicsomtermesztésben.
Summary
Long-term pre-treatment with 10-4 M salicylic acid (SA) improved subsequent salt stress acclimation of tomato by inducing osmotic adaptation, activation of ABA biosynthesis and antioxidant mechanisms, while control plants exhibited senescence in the leaves and programmed cell death (PCD) in root tissues. We investigate the role of photosynthetic performance of the leaves and single guard cells under various light and CO2 regimes during acclimation of SA pre-treated plants to high salinity. Correlation between photosynthetic activity of guard cells and stomatal conductance, the effects of various compounds (e.g. SA, NaCl, ascorbate, polyamines, ABA) on guard cell photosynthesis and stomatal aperture and the role of H2O2 and NO in ABA-induced stomatal closure will be determined. Hexose accumulation and hexokinase activity in the leaf senescence will also be investigated in order to reveal their effect on leaf senescence. The role of reactive oxygen species and NO in salt-induced PCD and the possible defence against PCD by those compounds which accumulated in SA pre-treated plants will be monitored in intact roots and at cellular level. The expression of selected glutathione S-transferase coding sequences will be determined and the involvement of genes with different functions and activity in SA and salt stress response will be estimated with Real-Time PCR after isolation of RNA and synthesis of cDNA. These results can also be used for technology development in horticulture.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A szalicilsav (SA) a paradicsom sóstressz akklimatizációját javító hatását korábban megvilágítottuk. Bár ezt kapcsolatba hozták a fotoszintézis hatékonyságának fokozódásával és az antioxidáns mechanizmusok aktiválódásával, megállapítottuk, hogy az e szempontból azonosan ható 10-7 és 10-4 M-os SA előkezelések közül csak a nagyobb koncentráció hatásos. Eközben a kontrollal azonos fotoszintetikus aktivitás mellett oldható cukrok akkumulálódnak, ozmotikus adaptáció történik a 10-4 M-os SA előkezelésnél, ami sókezelés mellett is megmarad. A sóstressz alatt az előkezelt növényekben megnövekedett fotoszintetikus aktivitás mérhető. Átmeneti oxidatív stressz után az előkezelés végén magasabb abszcizinsav (ABS) szinteket és különösen a gyökerekben magasabb aszkorbinsav és glutation mennyiségeket mértünk a magasabb SA koncentrációnál. Az ABS szintézis fokozódását a 10-4 M-os SA a zeaxanthin epoxidáz és egyes abszcizinaldehid oxidáz izoenzimek, míg az ABS a 9-cisz epoxikarotinoid dioxigenáz expressziójának fokozásával éri el. A sóstressz ebben az esetben egy ozmotikusan adaptálódott, magas ABS és nem enzimatikus antioxidáns tartalmú gyökérszövetet ér, ami előnyt jelent a kontroll állapothoz képest. A sikeres akklimatizációt mutatja a detoxifikációban szerepet játszó glutation transzferáz gének expressziójának növekedése is. A SA a sejtek programozott halálát elsősorban a reaktív oxigén formák (ROS) mennyiségének fokozásával, míg a sóstressz az etilén által indukált ROS növelésével éri el.
Results in English
Our earlier results revealed the beneficial effect of salicylic acid (SA) on the acclimation of tomato to high salinity. It was suggested that SA effect was associated with enhanced photosynthesis and activation of the antioxidant system. However, both 10-7 and 10-4 M SA improved these physiological parameters but only 10-4 M SA could mitigate the salt stress injury. During „chemical hardening” the plants maintained photosynthetic activity at control level and became osmotically adapted by the accumulation of soluble sugars. This status was preserved under salt stress. Plants exposed to 10-4 M SA displayed the symptoms of transient oxidative stress, and accumulated abscisic acid (ABA) and non-enzymatic antioxidants, ascorbic acid and glutathione in the roots. The biosynthesis of ABA was controlled by SA by the increased expression of zeaxanthin epoxidase and abscisic aldehyde oxidases, while ABA enhanced the expression of 9’-cis-epoxicarotenoid dioxigenase autocatalitically. The root tissues exposed to 10-4 M SA have already been osmotically adapted, contained higher level of ABA and non-enzymatic antioxidants when they were exposed to salt stress. This ensures advantage for hardened plants compared to controls. The increased expression of glutathione transferases also contributes to successful acclimation of plants. Lethal concentrations of SA induced the death of cells (PCD) by the generation of ROS, while ethylene-generated ROS is a component of salt stress-induced PCD.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=76854
Decision
Yes





 

List of publications

  
Szepesi Á, Csiszár J., Gémes K., Horváth E., Horváth F., Simon L.M., Tari I: Salicylic acid improves the acclimation to salt stress by stimulating abscisic aldehyde oxidase activity and abscisic acid accumulation, and increases Na+ contents of the, J Plant Physiol 166:914-925., 2009
Poór, P; Gémes, K; Szepesi, Á; Horváth, F; Simon, LM, Tari, I: Salicylic acid treatment via the rooting medium interferes with the stomatal response, CO2 fixation rate and carbohydrate metabolism in tomato and decreases the harmful e, Plant Biol 13: 105-114. (doi: 10.1111/j.1438-8677.2010.00344.x), 2010
Horváth, E.: Protoplast isolation from Solanum lycopersicum L. leaf tissues and their response to short-term NaCl treatment., Acta Biol Szeged 53: 83-86., 2010
Poór, P., Gémes, K., Szepesi, Á., Tari, I.: Involvement of NO and reactive oxygen species in salicylic acid-induced stomatal closure in abaxial epidermal peels of tomato. VII. Congress of European Societies of Plan, Book of Abstracts pp. 44., 2010
Csiszár J., Poór P., Gallé Á., Benyó D., Horváth E., Kolbert Zs., Erdei L., Tari I.: Role of H2O2, NO and peroxidases in the elongation growth of roots. International Conference on Molecular Aspects of Plant Development, 23-26. February, 2010, Vienna, Book of Abstracts, pp. 45, 2010
Gémes K, Poór P, Kolbert Zs, Tari I: Salicylic acid-generated NO and reactive oxygen species during salt stress in tomato roots: acclimation or programmed cell death., 3rd International Plant NO Club, 2010. július 15-16. Olmütz, Csehország, 2010
I Tari, P. Poór, K. Gémes, Á. Szepesi, D. Szopkó, LM. Simon, J. Csiszár: Improvement of salt stress acclimation of tomato by salicylic acid: the role of osmotic adaptation, 11th International Symposium "Interdisciplinary Regional Research" 13-15 October, ISIRR (2010) Hungary – Romania – Serbia (előadás) Book of Abstract, pp. 7, 2010
Szepesi Á, Csiszár J, Gémes K, Orosz G, Poór P, Takács Z, Tari I: Oxidative stress responses of salicylic acid pre-treated tomato plants during salt stress, 11th International Symposium "Interdisciplinary Regional Research" 13-15 October, ISIRR (2010) Hungary – Romania – Serbia (előadás), Book of Abstract, pp. 7., 2010
Horváth, E., Gallé Á., Váry, Zs., Szepesi Á., Csiszár J., Tari I.: Abscisic aldehyde oxidase activity and gene expression levels in salicylic acid pre-treatment and subsequent NaCl stress., 11th International Symposium "Interdisciplinary Regional Research" 13-15 October, ISIRR (2010) Hungary – Romania – Serbia, Book of Abstracts, pp. 9., 2010
Gémes K, Poór P, Horváth E, Kolbert Zs, Szopkó D, Szepesi Á, Tari I: Cross-talk between salicylic acid and NaCl-generated reactive oxygen species and nitric oxide in tomato during acclimation to high salinity, Physiol Plant, 2011
Poór P, Szopkó D, Tari I: Ionic homeostasis disturbance is involved in tomato cell death induced by NaCl and salicylic acid., In Vitro Cellular and Developmental Biol Plants DOI: 10.1007/S11627-011-9419-7, 2012
Tari I, Poór P, Gémes K: Sublethal concentrations of salicylic acid decrease the formation of reactive oxygen species but maintain an increased nitric oxide production in the root apex of the ethylene-insensitive Never ripe tomato mutants, Plant Signaling and Behavior 6:1-4., 2011
Csiszár J, Váry Zs, Horváth E, Gallé Á, Tari I Csiszár J, Váry Zs, Horváth E, Gallé Á, Tari I: Role of glutathione transferases in the improved acclimation to salt stress in salicylic acid-hardened tomato, Acta Biol Szeged 55: 67-68, 2011
Horváth H, Gallé Á, Szepesi Á, Tari I, Csiszár J: Changes in aldehyde oxidase activity and gene expression in Solanum lycopersicum L. shoots under salicylic acid pre-treatment and subsequent salt stress, Acta Biol Szeged 55 :83-85, 2011
Csiszár, J., Váry Zs., Horváth E., Gallé Á., Szepesi Á., Gémes K., Poór P., Tari I.: Enhanced expression and activities of some GST isoenzymes during salt stress and their putative role in the elimination of reactive oxygen species in salicylic acid-primed tomato., Abstracts 10th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, July 5-8, 2011, Budapest, Hungary pp. 156., 2011
Tari I, Gémes K, Horváth E, Poór P, Szepesi Á, Csiszár J: Regulation of antioxidant defence systems and abscisic acid biosynthesis by salicylic acid in tomato roots., Abstracts 10th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, July 5-8, 2011, Budapest, Hungary pp. 37., 2011
Poór P., Tari I.: Ethylene-regulated reactive oxygen species and nitric oxide under salt stress in tomato cell suspension culture., Acta Biol Szeged 55(1):143-146, 2011
Szepesi Á, Gémes K, Orosz G, Pető A, Takács Z, Vorák M, Tari I: Interaction between salicylic acid and polyamines and their possible roles in tomato hardening processes, Acta Biol Szeged, 55(1):165-166, 2011
I. Tari, Gy. Kiss, A.K. Deér, J. Csiszár, L. Erdei, Á., Gallé, K. Gémes, F. Horváth, P. Poór, Á. Szepesi, L.M. Simon: Salicylic acid-induced increases in aldose reductase activity and sorbitol accumulation in tomato plants under salt stress., Biologia Plantarum 54: 677-683, 2010
Tari I., Gémes K., Poór P., Csiszár J.: Acclimation of the photosynthetic performance of tomato to high salinity after salicylic acid pre-treatment., International Conference on Plant Abiotic Stress Tolerance, 8-11. February, 2009, Vienna, Austria, Book of Abstracts, pp. 82., 2009
Poór Péter, Gémes, K., Rózsavölgyi T., Tari, I.: Szalicilsav kezelés hatása paradicsom növények sztómaregulációjára., 8. Magyar Ökológus Kongresszus, Poszterek Összefoglalói, Szerkesztette: Körmöczi László, 2009. augusztus 26-28. Szeged, 184. old., ISBN: 987-963-482-948-5 http://www.eco, 2009
Poór P.: Rövid- és hosszútávú szalicilsav kezelés hatása paradicsomnövények sztómaregulációjára, fotoszintézisére és sóstresszakklimatizációjára, SZAB Pályázat, 2009



Back »