Molecular mechanisms of sulfur-induced resistance in pepper and tobacco plants infected by Tobamoviruses  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77641
Type K
Principal investigator Gullner, Gábor
Title in Hungarian A kéntartalmú anyagokkal indukált rezisztencia molekuláris alapjainak vizsgálata Tobamovirusokkal fertőzött dohány és paprika növényekben
Title in English Molecular mechanisms of sulfur-induced resistance in pepper and tobacco plants infected by Tobamoviruses
Keywords in Hungarian cisztein bioszintézis, dohány, glutation, kén anyagcsere, lipoxigenáz, paprika, Tobamovirus
Keywords in English cysteine biosynthesis, glutathione, lipoxygenase, pepper, sulfur, tobacco, Tobamovirus
Discipline
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)60 %
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Ortelius classification: Crop protection
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Plant Protection Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants Juhász, Csilla
Király, Lóránt
Künstler, András
Pogány, Miklós
Tóbiás, István
Starting date 2009-04-01
Closing date 2014-03-31
Funding (in million HUF) 13.274
FTE (full time equivalent) 8.69
state closed project
Summary in Hungarian
A közelmúltban agronómiai, szabad földi vizsgálatok eredményeként egy új, patogénekkel szembeni rezisztencia formát, a kéntartalmú vegyületek által indukált rezisztenciát irták le. A kén főleg a cisztein, metionin és a tripeptid glutation (GSH) bioszintéziséhez szükséges növényekben. A jelen pályázatban ezen új rezisztenciaforma molekuláris alapjait szeretnénk vizsgálni olyan dohány és paprika növényekben, amelyeket különböző kén ellátottság mellett nevelünk üvegházban. A növényeket három különböző Tobamovirussal fertőzzük annak érdekében, hogy össze tudjunk hasonlítani az inkompatibilis és kompatibilis gazdanövény-kórokozó kapcsolatokat. Megvizsgáljuk a különböző kén ellátottság hatását a levelekben mérhető vírus-koncentrációkra, valamint a levelek cisztein, redukált és oxidált glutation tartalmára. Mivel a vírusfertőzések hatása a cisztein bioszintézis reakció-útjára lényegében nem ismert, szeretnénk vizsgálni ezen reakcióút legfontosabb enzimeinek aktivitását és mRNS szintjét. Ezen kívül tanulmányozni kívánjuk a rendkivül sok funkciót ellátó glutation S-transferáz izoenzim család fontosabb génjeinek expresszióját is. Dohány növényekben szeretnénk vizsgálni a fertőzött növényekben szerepet játszó WRKY transzkripcós faktorok expresszióját. Mivel az oxilipin anyagcsere a jázmonsav jelátvitel révén kapcsolódik a cisztein bioszintézishez, jellemezni szeretnénk a lipoxigenáz gének valamint az oxilipin bioszintézisben döntő szerepet játszó egyéb enzimek génjeinek expresszióját.
Summary
In recent years a new disease resistance form, the sulfur-induced resistance (SIR) has been emerged in agronomical field experiments. Sulfur is mainly necessary for the biosynthesis of cysteine, methionine and the tripeptide glutathione (GSH) in plants. We intend to investigate the molecular mechanisms underlying SIR in tobacco and pepper plants cultivated with varying sulfur supply under greenhouse conditions. These plants will be infected with three different Tobamoviruses in order to compare incompatible and compatible plant-pathogen interactions. We would like to investigate the effects of varying sulfur supply on foliar virus concentrations as well as on the foliar cysteine, reduced and oxidized glutathione levels. Since the effect of virus infections on the cysteine biosynthetic pathway is virtually unknown in plants, we would like to investigate the enzymatic activities and transcript levels of main enzymes of cysteine biosynthesis. In addition, the gene expression of the functionally highly diverse glutathione S-transferase enzyme family will be also investigated. We intend to study the expression of genes encoding tobacco WRKY trancription factors that are involved in biotic stress reactions. As the oxylipin metabolism is linked to cysteine biosynthesis through jasmonic acid signaling, the expression of genes encoding lipoxygenases and the main oxylipin producing enzymes will also be investigated.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatási pályázat fő célja annak a vizsgálata volt, hogy milyen szerepet játszik a megfelelő szervetlen szulfát (kén) ellátottság a vírusfertőzött dohány és paprika növények jelátviteli folyamatainak szabályozásában valamint a vírusfertőzésekkel szembeni növényi rezisztencia indukálásában. A dohány mozaikvírus (TMV) fertőzéssel szembeni védekezést különböző szulfát ellátottságú, rezisztens illetve fogékony dohánynövények esetében hasonlítottuk össze. A szulfát ellátottság jelentősen befolyásolta a vírus-replikációt a TMV-fertőzött dohánynövényekben. A kórfolyamathoz kapcsolt (PR) fehérjék kódoló génjeinek az indukciója a megfelelő szulfát-ellátottság mellett jelentősen erőteljesebb volt, mint a szulfáthiányos növényekben a vírusfertőzést követően. Hasonló változásokat figyeltünk meg több más védekezési fehérjét kódoló gén, így a defenzin és tionin gének esetében is. Vizsgálataink igazolták a szulfát-ellátottság fontos szerepét a dohánylevelek TMV-vel szembeni rezisztenciájában. Ezeket az megfigyeléseket megerősítették a kompatibilis és inkompatibilis paprika-tobamovirus kölcsönhatásokra irányuló további vizsgálataink. Eredményeink igazolták, hogy a kéntartalmú vegyületek által indukált rezisztencia nemcsak a gombabetegségek, de a vírus-fertőzések esetében is megfigyelhető a tobamovírusokkal fertőzött dohány és paprika növényekben.
Results in English
The main goal of our project was to reveal the role of inorganic sulphate (S) supply in the signal transduction processes and antiviral resistance mechanisms in virus-inoculated tobacco and pepper plants. We compared the antiviral defense reactions between tobacco plants receiving different sulphate supplies after tobacco mosaic virus (TMV) inoculation. Both genetically TMV susceptible and TMV resistant tobacco cultivars were studied. The inorganic sulphate supply exerted a marked influence on the rate of virus replication in the TMV-inoculated tobacco leaves. The up-regulation of several genes encoding pathogenesis-related (PR) proteins were significantly higher in tobacco plants receiving sufficient sulphate in comparison to plants without sulphate supply. Similar effects were observed in the case of genes encoding various defense-related proteins such as defensins and thionins. Our results proved the substantial role of sulphate supply in the TMV-resistance of tobacco plants. These observations were confirmed when our studies were extended to the comparison of compatible and incompatible pepper-tobamovirus interactions. In summary, the results of the project demonstrated that the sulphur-induced resistance can be efficient not only against fungal pathogens as reported earlier but also against tobamoviruses in tobacco and pepper plants.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77641
Decision
Yes





 

List of publications

  
Király L, Künstler A, Fattinger M, Höller K, Juhász C, Müller M, Gullner G, Zechmann B: Sulfate supply influences compartment specific glutathione metabolism and confers enhanced resistance to Tobacco mosaic virus during a hypersensitive response, Plant Physiology and Biochemistry 59: 44-54, 2012
Zechmann B, Höller K, Fattinger M, Király L, Künstler A, Juhász C, Müller M, Gullner G: Sulfur-induced resistance is correlated with enhanced glutathione metabolism in Tobacco mosaic virus-infected tobacco plants, 10th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, July 5-8, 2011, Budapest, Hungary. Abstract Book p. 240., 2011
Király L, Künstler A, Juhász C, Zechmann B, Müller M, Gullner G: Sulphate-induced resistance to Tobacco mosaic virus infection in tobacco is correlated with the induction of pathogenesis-related and antioxidant genes, Conference on PR-Proteins and Induced Resistance against Pathogens and Insects, Neuchâtel, Switzerland, 4 - 8 September 2011. Abstract Book p. 85., 2011
Zechmann B, Höller K, Fattinger M, Király L, Künstler A, Juhász C, Gullner G and Müller M: Sufficient sulphate supply is correlated with enhanced defense in Tobacco mosaic virus–infected tobacco plants, 1st BIONUT Meeting on 'State of the Art in Plant Nutrition Research', 27-29 September, 2011, Conegliano, Italy, 2011
Gullner G, Künstler A, Király L, Juhász C, Müller M, Zechmann B: Sulfur supply of susceptible and resistant tobacco plants influences their defense reactions against Tobacco mosaic virus inoculation, International Conference on Agri-Environmental Chemistry and Toxicology, September 20-22, 2011, Budapest, Hungary. Abstract Book p. 14, 2011
Juhász C, Tóbiás I, Gullner G: Up-regulation of defense genes in pepper leaves inoculated with two different Tobamoviruses, 9th International Conference on Plant Functioning under Environmental Stress, September 12-15, 2012 Cracow, Poland. Acta Physiologiae Plantarum 34 (Suppl. 1): S24-S25, 2012
Juhász Cs, Tóbiás I, Gullner G: Lipoxigenáz-függő reakcióutak Tobamovírusokkal fertőzött paprika levelekben, XXIII. Keszthelyi Növényvédelmi Fórum, 2013. január 23-25., Georgikon for Agriculture 16 (1): p. 78, 2013
Juhász C, Tóbiás I, Gullner G: Up-regulation of defense genes in pepper leaves inoculated with two different Tobamoviruses, Proceedings of the 'Induced resistance in plants against insects and diseases' Conference, Avignon, France, 10-13 June 2013, IOBC WPRS Bulletin, közlésre elfogadva, 2013
Gyulai G, Bittsánszky A, Szabó Z, Waters L Jr, Gullner G, Kampfl G, Heltai G, Kőmíves T: Phytoextraction potential of wild type and 35S-gshI transgenic poplar trees for environmental pollutants herbicide paraquat, salt sodium, zinc sulfate and nitric oxide, International Journal of Phytoremediation, közlésre elfogadva, 2013
Juhász C, Tóbiás I, Gullner G: Up-regulation of defense genes in pepper leaves inoculated with two different Tobamoviruses, Proceedings of the Conference on 'Induced resistance in plants against insects and diseases', Avignon, France, June 10-13, 2013. IOBC-WPRS Bulletin 89, pp. 17-20, 2013
Gyulai G, Bittsánszky A, Szabó Z, Waters L Jr, Gullner G, Kampfl G, Heltai G, Kőmíves T: Phytoextraction potential of wild type and 35S-gshI transgenic poplar trees (Populus x canescens) for environmental pollutants herbicide paraquat, salt sodium, zinc sulfate and nitric oxide in vitro, International Journal of Phytoremediation, 16: 379-396, 2014
Gullner G, Künstler A, Király L, Müller M and Zechmann B: Sulfur supply influences the up-regulation of tobacco genes encoding key enzymes of cysteine and glutathione biosynthesis following TMV inoculation, XVII Congress of the Federation of European Societies of Plant Biology (FESPB), Valencia, Spain. Abstract volume p. 185-186, 2010
Höller K, Király L, Künstler A, Müller M, Gullner G, Fattinger M, Zechmann B: Enhanced glutathione metabolism is correlated with sulfur induced resistance in Tobacco mosaic virus-infected genetically susceptible Nicotiana tabacum plants, Molecular Plant-Microbe Interactions 23: 1448-1459, 2010
Barna B, Bittsánszky A, Viczián O, Király L, Fodor J, Gullner G, Kőmíves T, Király Z: Biotic and abiotic stress-tolerant plants with elevated antioxidant capacity, In: Climate Change: Challenges and Opportunities in Agriculture. Agrisafe Final Conference (Ed. Weisz O), Agricultural Res. Center, ISBN 978-963-8351-37-1, pp. 227-230, 2011




 

Events of the project

  
2012-05-22 12:32:12
Résztvevők változása



Back »