A gyümölcs és mag fejlődést befolyásoló mikró RNS-ek vizsgálata.
Title in English
Investigation of micro RNAs controlling fruit and seed development.
Keywords in Hungarian
miRNS, gyümölcs, mag, fejlődés
Keywords in English
miRNA, fruit, seed, development
Discipline
Development, developmental genetics, pattern formation and embryology (Council of Medical and Biological Sciences)
40 %
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants
Kis, András Várallyay, Éva
Starting date
2009-09-01
Closing date
2014-02-28
Funding (in million HUF)
38.000
FTE (full time equivalent)
2.11
state
closed project
Summary in Hungarian
A gyümölcs és magfejlődés mind biológiai mind gazdasági szempontból rendkívül fontos fejlődési folyamat. Tervezett kísérleteink során azonosítani szeretnénk azokat a mikró (mi)RNS-eket, amelyek szerepet játszanak a termés és mag kialakulásban. A miRNS-ek nem-kódoló 21 nukleotid hosszúságú RNS molekulák, amelyek a cél mRNS-eikhez kötődnek, a köztük kialakuló szekvencia komplementaritáson keresztül, és gátolják azok működését központi szerepet játszva a növény fejlődésében és növekedésében. A miRNS-ek pontos szerepét csak azok expressziójának térbeli és időbeli vizsgálatával tárhatjuk fel. A csoportunkban kifejlesztett LNA módosított próbákon alapuló miRNS in situ hibridizációs eljárás különleges előnyt biztosít számunkra ezen a területen. Kísérleteink során ezt az eljárást fogjuk használni leírt, illetve feltételezett miRNS-ek expressziójának vizsgálatára olyan szöveti metszeteken, amelyek a termésfejlődés különböző szakaszait reprezentálják. A kísérleteinkhez Arabidopsi thaliana-t mint modell növényt, és a Solenaceae családba tartozó Solanum lycopersicum és Capsicumm annuum növényeket fogjuk használni. A vizsgált rendszerek összehasonlításával lehetővé válik majd az egyes miRNS-ek szerepének feltárása a termés kialakulásában. Az azonosított, fontos miRNS-ek biológiai szerepét és molekuláris hatásmechanizmusát tovább fogjuk vizsgálni transzgénikus rendszerekben ahol miRNS-t illetve annak nem hasítható cél mRNS-ét fogjuk túltermeltetni. A kísérletek eredményeképpen olyan miRNS-eket azonosíthatunk, amelyek alapvetően meghatározzák a termés mennyiségi és minőségi jellemzőit.
Summary
The aim of our project is to identify microRNAs (mi)RNAs playing role in the biologically and economically important developmental process of fruit and seed formation in the model plant Arabidopsis thaliana and in the economically important species of Solanum lycopersicum and Capsicumm annuum belonging to the Solenaceae family. miRNAs are an abundant class of small, endogenous non-protein-coding RNAs which control plant growth and development by modulating the expression of their target genes at the post-transcriptional level. Identification of spatiotemporal control and molecular mechanisms lying behind the miRNA mediated regulation is the prerequisite of our understanding of their precise role in developmental processes. To achieve this goal we will use LNA modified probe based miRNA in situ hybridization. This technology has been elaborated in our laboratory providing significant advance on this field. LNA probes designed for described and predicted miRNAs, will be used for the analyses of RNA samples and tissue sections representing different stages of seed and fruit development. Cross reference between the different systems will allow us to understand the precise role of particular miRNAs in seed and fruit development. The biological role of selected miRNAs will be further investigated by generating transgenic plants over expressing the target miRNAs or cleavage resistant target mRNAs. We will analyze the molecular mechanism of the mode of action of selected miRNAs. The gained data will reveal the role of miRNAs in fruit and seed development.
Final report
Results in Hungarian
Munkánk során megpróbáltuk jobban megérteni a mikró(mi)RNS-ek szerepét és molekuláris működését a növény fejlődése során elsősorban a termés kialakulásra koncentrálva. Kiválasztott miRNS-ek transzgénikus túltermeltetése általában nem vezetett súlyos fenotípusos elváltozásokhoz annak ellenére, hogy az általunk létrehozott miRNS in situ adatbázis és northern blot hibridizációs kísérletek igazolták a vizsgált miRNS-ek jelenlétét a termésben. Kimutattuk, hogy gradiens szerű miRNS kifejeződési mintázatot létrehozhat az adott miRNS perkurzorának kifejeződési mintázata is nem csak a miRNS-eknek tulajdonított nem-sejt autonóm aktivitás. Növény-vírus modell rendszer felhasználásával bebizonyítottuk, hogy a miRNS útvonal egyik legfontosabb végrehajtó molekuláját, az ARGONAUTE 1 fehérjét, a miR168 transzlációs gátlással képes szabályozni, több vírus eredetű RNS csendesítés gátló fehérje képes a miR168 indukciójára, a felhalmozódó miR168 elsődleges forrása a miR168a perkurzor. Megfigyeltük, hogy az érett miR168 csupán kis része épül be az ARGONAUTE fehérjéket tartalmazó végrehajtó komplexbe nagyobb részük szabadon nem kötött formában van jelen, ami egy a komplexbe történő beépülés szintjén történő szabályozásra utal. A miR168 általi szabályozást transzgénikus rendszerben vizsgáljuk tovább.
Results in English
During our work we attempted to better understand the role and molecular action of microRNAs (miRNAs) in plant developmental processes focusing mainly on fruit formation. We found the over expression of selected conservative miRNAs usually do not induce drastic developmental phenotypes in silique formation although our in situ miRNA database and Northern analyses confirms their presence in the silique. We revealed that the gradient-like miRNA expression patterns can be generated also by the specific expression characteristic of miRNA precursor genes not only by non-cell autonomous movement of miRNAs. With the help of virus-plant system we demonstrated that the main component of the miRNA regulatory pathway, the ARGONAUTE1, can be translationally controlled by the action of miR168, several viral encoded RNA silencing suppressor proteins induce the accumulation of miR168 and the miR168a precursor is the main source mature miR168 over accumlation. We also found that not all mature miR168 are incorporated into the ARGONAUTE containing complexes but the majority of miR168 present in free form suggesting a regulatory system at the level of effector complex loading. This miR168 mediated regulation is currently under investigation in transgenic systems.
Havelda Z.: In situ detection of miRNAs using LNA probes., In Plant MicroRNAs. Methods in Molecular Biology 592, Humana Press, (Edited by Pamela Green and Blake C. Meyers) pp. 127-136., 2010
Várallyay E, Válóczi A, Agyi A, Burgyán J and Havelda Z: Plant virus-mediated induction of miR168 is associated with repression of ARGONAUTE1 accumulation., The EMBO Journal, doi:10.1038/emboj.2010.215, 2010
Várallyay E., Havelda Z.: Detection of microRNAs in plants by in situ hybridisation. In MicroRNAs in Development., Methods in Molecular Biology 732, Humana Press, (Edited by Tamas Dalmay) pp. 9-23., 2011
Burgyán J. Havelda Z: Viral suppressors of RNA silencing., Trends Plant Sci. 16(5):265-72., 2011
Várallyay E, Havelda Z.: Unrelated viral suppressors of RNA silencing mediate the control of ARGONAUTE1 level., Mol Plant Pathol. 14 (6): 567-575., 2013
Agyi, A and Havelda, Z: Analysis of gradient-like expression of miR167 in Arabidopsis thaliana embryonic tissue,, JOURNAL OF PLANT BIOLOGY 56 (5): 336-344., 2013
Várallyay É, Oláh E, Havelda Z: Independent parallel functions of p19 plant viral suppressor of RNA silencing required for effective suppressor activity., Nucleic Acids Res. 2014 Jan;42(1):599-608., 2014
Events of the project
2014-01-02 14:42:01
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).
