Transcription regulation and stress tolerance in plants: analysis of novel Arabidopsis transcription factors controlling salt and drought tolerance.  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81765
Type K
Principal investigator Szabados, László
Title in Hungarian A növények stressz toleranciája és a transzkripciós szabályozás: több új, a só és szárazságtürést befolyásoló Arabidopsis transzkripciós faktor jellemzése.
Title in English Transcription regulation and stress tolerance in plants: analysis of novel Arabidopsis transcription factors controlling salt and drought tolerance.
Keywords in Hungarian Arabidopsis, só stressz, szárazság, abszcizin sav, transzktipciós faktor, gén klónozás, növény genetika
Keywords in English Arabidopsis, salt stress, drought, abscisic acid, transcription factor, gene cloning, plant genetics
Discipline
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Genomics, comparative genomics, functional genomics (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent Institute of Plant Biology (HUN-REN Biological Research Centre Szeged)
Participants Ayaydin, Ferhan
Cséplő, Ágnes
Darula, Zsuzsanna
Kereszt, Attila
Papdi, Csaba
Rigó, Gábor
Starting date 2010-03-01
Closing date 2014-08-31
Funding (in million HUF) 39.930
FTE (full time equivalent) 5.42
state closed project
Summary in Hungarian
A jelenlegi pályázatban három olyan Arabidopsis transzkripciós faktort kódoló gén illetve a géneket is magában foglaló géncsaládok analízisét valósítjuk meg, amelyeket az általunk kidolgozott overexpressziós rendszer (COS, Papdi et al., 2008, Plant Physiol. 147: 528–542) segítségével a közelmúltban azonosítottunk. A gének több olyan transzkripciót szabályozó faktort kódolnak, amelyek az abiotikus stresszválaszt illetve az abszcizinsav (ABA) jelátvitelt szabályozzák: egy AP doménnel rendelkező, ERF típusú, egy C2H2 típusú transzkripciós faktort, valamint a RNS Polimeráz II egyik alegységéhez hasonló transzkripciót szabályozó faktort. Az előzetes adatok arra utalnak, hogy az azonosított transzkripciós faktorok az abiotikus stresszválaszt, a só és ozmotikus stresz toleranciát illetve az abszcizin sav jelátvitelét befolyásolják, ellenörzik. Molekuláris, biokémiai, élettani és genetikai módszerek felhasználásával elvégezzük a kiválasztott transzkripciós faktorok funkcionális analízisét. A kutatási programunk során a legmodernebb genomikai módszerekkel, újgenerációs szekvenálás alkalmazásával analizáljuk a mutánsok illetve transzgenikus vonalak transzkripciós mintázatait, ChIP-SEQ technológia segítségével azonosítjuk a genomikus TF kötő helyeket, proteomikai eszközökkel vizsgáljuk a fehérje komplexeket és kölcsönhatásokat, és sejtbiológiai módszerek felhasználásával, konfokális mikroszkópia segítségével jellemezzük a faktorok lokalizációját, stabilitását, kölcsönhatásait, továbbá tanulmányozzuk a növények stresszélettani jellemzőit. Az azonosított gének gyakorlati felhasználhatóságának tesztelése érdekében vizsgáljuk az előállított transzgenikus Arabidopsis vonalak szárazság és só tűrését. Az azonosított transzkripciós faktorok jellemzésével a stressz és ABA jelátvitel olyan kevésbé ismert szegmenseit ismerhetjük meg amelyek fontosak az extrém környezethez való alkalmazkodás szempontjából. Eredményeink olyan új molekuláris és genetikai eszközök kidolgozásához vezethetnek, amelyek a szárazság és sótűrés javítását célzó nemesítési programokhoz nyújthatnak segítséget.
Summary
The present project proposal targets the characterization of three, previously unknown Arabidopsis genes and the related gene families, which have recently been identified with our Controlled Overexpression System, COS (Papdi et al., 2008, Plant Physiol. 147: 528–542). The genes encode different transcription regulatory proteins, such as AP domain containing ERF-type transcription factors, C2H2 domain containing transcription factors, and a predicted subunit of the RNA Polymerase II complex which probably influences transcription initiation. Preliminary results suggest that the identified factors influence abiotic stress responses, modulate salt and osmotic stress tolerance, and control abscisic acid (ABA) signalling. Functional characterization of the selected factors will be performed by molecular, physiological and biochemical analysis of overexpressing lines and insertion mutants of the corresponding genes. The proposed research program will employ systems biology approaches by applying sophisticated genomics (massive paralell solid phase sequencing for transcript profiling and ChIP-SEQ analysis), proteomics (protein complex isolation, protein identification with mass spectrometry), physiology and cell biology (in-vivo localization, laser scanning confocal microscopy) technologies. The capacity of the identified genes to improve osmotic stress responses will be tested with engineered Arabidopsis plants. By characterizing these factors we will dissect less known stress regulatory pathways and hormonal (ABA) signalling mechanisms to better understand the bases of adaptation to extreme environmental conditions. Our results will help to design novel molecular and genetic tools for plant improvement, aiming the improvement of drought and salt stress tolerance of crop plants.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatási programunkban olyan, általunk korábban azonosított Arabidopsis szabályozó gének jellemzését végeztük el, amelyek szabályozzák a só és szárazságtűrést, modern genetikai, molekuláris, élettani, biokémiai és sejtbiológiai módszereket felhasználva kaptunk információt a vizsgált faktorok biológiai funkciójáról. A cink ujj fehérje családba tartozó ZFP3 faktor az ABA jelátvitel negatív szabályozó eleme, csökkenti az ABA érzékenységet és gátolja az ABA által indukált gének egy részét. A ZFP3 befolyásolja a vörös fény jelátvitelt, az egyedfejlődést és a fertilitást is. A hősokk faktorok közé tartozó HSFA4A a káros környezeti hatások során fellépő oxidative stress elleni védő mechanizmusokat szabályozza, túltermelése javítja a növények só, nehézfém és oxidatív szerekkel szembeni toleranciáját. A HSFA4A proteint a MKP3 és MKP6 MAP kinázok foszforilálják, a MAP kináz jelátviteli rendszer szubsztrátja. Az ERF transzkripciós faktor családba tartozó RAP2.2, RAP2.3 és RAP2.12 az oxigén hiány során aktiválódó védekező rendszer fontos alkotórészei. A RAP2.12 aktivitását kétféle protein degradációs rendszer is szabályozza, az anoxia választ szabályozó “N end rule” proteolízis illetve a SINAT2 által szabályozott fehérje lebontás. A CRK5 kináz a gyökérfejlődés szabályozásán keresztül a szárazságtűrést befolyásolhatja. A PIN2 foszforilálásával a CRK5 befolyásolja a gyökér auxin transzportját és ezáltal a gyökér növekedését, geotropizmusát vagy a hajszálgyökerek képződését.
Results in English
In our research program we have characterized several regulatory factors of Arabidopsis thaliana, which were previously identified in our group and found to modulate responses to environmental stresses such as salinity and drought. Using state of the art genetic, molecular, biochemical, physiological and cell biology techniques, we acquired important information about their biological function. The ZFP3 factor is a negative regulator of ABA signals, promotes ABA insensitivity and reduce the transcription of several ABA-induced genes. ZFP3 modulates red light signaling, plant growth and fertility, suggesting that it is part of a pleiotrop regulatory system. The heat shock factor HSFA4A regulates tolerance against oxidative stresses, produced by a number of harmful environmental conditions. It can enhance tolerance to salinity, heavy metals and chemicals, producing oxidative damage. HSFA4A is phosphorylated by and is activated by MAP kinases MKP3 and MKP6. The RAP2.2, RAP2.3 and RAP2.12 proteins belong to the ERF type factor family which are regulators of responses to oxygen deprivation. RAP2.12 abundance is regulated by two degradation pathways: the N end rule pathway, which controls responses to anoxia and the SINAT2-mediated proteolysis. The CRK5 protein kinase can modulate drought tolerance through the control of geotropism, root and root hair development by phosphorylating the auxin transporter PIN2, and modulating auxin transport.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81765
Decision
Yes





 

List of publications

  
Perez-Salamo I, Papdi C, Gabor R, Zsigmond L, Vilela B, Lumbreras V, Nagy I, Horvath B, Domoki M, Darula Z, Medzihradszky K, Koncz C, Bogre L, Szabados L: The Heat Shock Factor HSFA4A confers salt tolerance and is regulated by oxidative stress and the MAP kinases, MPK3 and MPK6., PLANT PHYSIOL 165: 319-334, 2014
Joseph MP, Papdi C, Kozma-Bognar L, Nagy I, Lopez-Carbonell M, Koncz C, Szabados L: The Arabidopsis Zinc Finger Protein 3 interferes with ABA and light signaling in seed germination and plant development., Plant Physiol, 2014
Rigó G, Tietz O, Ayaydin F, Zsigmond L, Kovács H, Páy A, Salchert K, Szabados L, Palme K, Koncz Cs, Cséplö Á: Inactivation of plasma-membrane localized CDPK-related kinase 5 decelerates PIN2 exocytosis and root gravitropic response., Plant Cell 25:1592-1608, 2013
Rigo G, Papdi C, Szabados L: Transformation using controlled cDNA overexpression system, METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY 913: 277-290, 2012
Zsigmond L, Szepesi Á, Tari I, KirályA, Szabados L: Overexpression of the mitochondrial PPR40 gene improves salt tolerance in Arabidopsis., Plant Sci 182:87-93, 2012
Perez-Salamó I, Boros B, Szabados L: Screening Stress Tolerance Traits in Arabidopsis Cell Cultures., In: Methods in Molecular Biology, New York: Humana Press. (in press)., 2014
Fichman Y, Gerdes S, Kovács H, Szabados L, Zilberstein A, Csonka L,: Evolution of Proline Biosynthesis: Enzymology, Bioinformatics, Genetics, and Transcriptional Regulation., Biological Reviews (in press), 2014
Szabados L.: A szárazság és sótűrés szabályozása a viragos növényekben., In.: A Növények Molekuláris Biológiájától a Zöld Biotechnológiáig. Ed.: Fehér A., Györgyey J. Akadémiai Kiadó, Budapest, pp. 192-210., 2014
Szabados L, Joseph MP, Salamó IP, Koncz Cs, Papdi Cs: Conditional Overexpression System to identify novel regulatory genes in environmental stress responses and ABA signaling., XXIV. Genetics Day, Brno, Czech Republic., 2010
Papdi Cs, Joseph, MP, Ábrahám E, Salamó IP, Koncz Cs, Szabados L,: A lúdfű csírázását szabályozó új transzkripciós faktorok azonosítása és jellemzése., 9. Genetikai Műhelyek Magyarországon, Szeged,, 2010
Pérez Salamó I., Szabados L.: Identification of Novel Regulatory Factors of Plant Stress Responses Using New Genetic Approaches., “Plant Gene Discovery Technologies” Vienna, Austria,, 2011
Salamó IP, Joseph MP, Papdi Cs, Szabados L: Identification of Novel Regulatory Factors of Plant Stress Responses Using New Genetic Approaches., IX. Magyar Genetikai Kongresszus és XVI. Sejt- és Fejlődésbiológiai Napok, Siófok,, 2011
Rigó G, Tietz O, Ayaydin F, Zsigmond L, Kovács H, Palme K, Szabados L, Koncz Cs, Cséplő Á: Egy Arabidopsis thaliana protein kináz, CRK5, szerepe a gravitáció szabályozásában., A Magyar Növénybiológiai Társaság X. Kongresszusa, Szeged,, 2011
Salamó IP, Ábrahám E, Joseph MP, Papdi Cs, Koncz Cs, Szabados L: Use of the Conditional Overexpressing System for the identification of novel stress regulatory genes., Plant Abiotic Stress: from Systems Biology to Sustainable Agriculture, Limmasol, Cyprus,, 2011
Rigó G, Ayaydin F, Kovács H, Szabados L, Cséplő Á: AtCRK5, a CDPK-related serine/threonine protein kinase may participate in regulation of salt tolerance in Arabidopsis thaliana., Proceedings of the Conference "Protection of the Environment and the Climate" Sopron, pp. 70-74., 2011
Zsigmond L, Szepesi Á, Tari I, KirályA, Szabados L: Overexpression of the mitochondrial PPR40 gene improves salt tolerance in Arabidopsis., Plant Sci 182:87-93, 2012
Rigó G, Papdi Cs, Szabados L: Transformation using Controlled cDNA Overexpression System., Methods in Molecular Biology, 913:277-290., 2012
Rigó G, Tietz O, Ayaydin F, Zsigmond L, Kovács H, Páy A, Salchert K, Szabados L, Palme K, Koncz Cs, Cséplö Á: Inactivation of plasma-membrane localized CDPK-related kinase 5 decelerates PIN2 exocytosis and root gravitropic response., Plant Cell (accepted)., 2013
Joseph, MP, Papdi, Cs, Nagy I, Koncz Cs, Szabados L.: A novel C2H2 zinc finger factor integrates ABA, light and gibberellin signalling in germinating Arabidopsis seedlings., 23rd. International Conference on Arabidopsis Research (ICAR), Vienna, Austria., 2012
Papdi Cs, Salamó IP, Giuntoli B, Perata P, Szabados L.: Functional characterization of the Arabidopsis transcription factor RAP2.12., 23rd. International Conference on Arabidopsis Research (ICAR), Vienna, Austria., 2012
Salamó IP, Papdi Cs, Rigó G, Zsigmond L, Nagy I, Szabados L.: The heat shock factor HSFA4A controls oxidative stress responses in Arabidopsis., 23rd. International Conference on Arabidopsis Research (ICAR), Vienna, Austria., 2012



Back »