Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)
50 %
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
50 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants
Dudás, Brigitta Havelda, Zoltán Ivanics, Milán Kuglics, Alexandra
Starting date
2010-04-01
Closing date
2013-09-30
Funding (in million HUF)
29.977
FTE (full time equivalent)
5.54
state
closed project
Summary in Hungarian
A hazánkban termesztett növényfajok közül az őszi árpa vetésterületét illetően a búza és kukorica után harmadik legfontosabb növényünk (170-180 ezer ha körül), amit leginkább abraktakarmánynak, korai zöldtakarmánynak hasznosítanak az állattenyésztésben. Napjainkban már számolni kell az őszi árpa söripari valamint élelmiszeripari étékesíthetőségével is. Az EU-hoz történt csatlakozásunk tapasztalatai szerint fontos szerepet kapnak az értékesíthetőségi, a változó közgazdasági és jövedelmezőségi szempontok. Az őszi árpa környezetkímélő termesztésének feltétele a fontosabb betegségekkel szemben ellenálló fajták előállítása, és a fogékony fajtáknak rezisztens fajtákkal történő lecserélése. Az őszi árpát a gabonaféléket károsító vírusbetegségek közül a búza törpeség vírus (Wheat dwarf virus) fertőzi a leggyakrabban, mely egyúttal jelentős termésveszteséget és minőségi károsodást is okoz. Az említett vírusbetegség súlyos tüneteket idéz elő, melyek levélsárgulás és törpeség tünetek formájában nyilvánulnak meg. Az ősszel fertőzött növények gyenge gyökérzetet fejlesztenek, nagy részük a tél folyamán kifagy. A klasszikus nemesítés eddigi kísérletei nem hoztak sikert vírusrezisztens fajták előállítására, ezért fordulunk a biotechnológiai lehetőségek felé. A pályázat keretében szeretnénk molekuláris biológiai eszközökkel megalapozni az árpa vírusrezsuztenciáját ezért az RNS csendesítés (RNA silencing) néven ismert technológia segítségével tervezünk virusrezisztens árpa vonalat előállítani.
Summary
In Hungary the winter barley is number three among the most important crops on farmland according to the sowing area (170.000-180.000 has). It is utilized mostly as fodder, early green silage in animal husbandry. Nowadays we have to count with the use of brewing industry as well as with the use as human food. Experiences after joining the EU suggest barley is becoming more relevant as sale subject and the point of view of profit is more important. The prerequisite for the winter barly production is the effective breeding of disease resistant cultivars and the replacement of succeptible genotypes with the resistant ones. Among the cereal viral diseases the Wheat Dwarf Virus (WDV) causes the most significant infection and it results in serious symptoms as yellowing of leaves and dwarf growth. The plants infected in autumn usually develop weak root system and the majority dies of frost in wintertime. Efforts of classical breeding so far could not succeded in producing virus resistant cultivarts, that’s why we turn to the possibility of biotechnology. In the proposed project we would like to establish the virus resistance of barley with the tools of molecular biolgy, and plan the production of virus resistant barley lines by the thechnology known as “RNA silencing”.
Final report
Results in Hungarian
Ahhoz, hogy az árpában a búza törpülés vírusra (WDV) rezisztenciát alakítsunk ki a mesterséges miRNS technológiához fordultunk.
Klónoztunk három árpa miRNS gént, melyek közül kiválasztottuk a hvu-mir171 prekurzorát (138nt) és ebből létrehoztunk egy technológiailag könnyebben alkalmazható prekurzort (hvu-mir171MOD).
Az NCBI adatbázisban megtalálható WDV és BDV vírusok árpa és búza törzseinek összehasonlítását követően azok replikáz és mozgási fehérje génjeinek konzervatív szegmenseire meghatároztuk az amiRNS target helyeket.
A hvu-mir171MOD prekurzorra alapozva 10 WDV specifikus amiRNS prekurzort hoztunk létre. A WDV vírus replikáz és mozgási fehérje génjeire specifikus amiRNS-ek target helyeit úgy választottuk ki, hogy azok átíródó, konzervatív szekvenciákat vegyenek célba.
A mesterséges miRNS-ek biológiai aktivitásának vizsgálatára létrehoztunk két GFP-target-szenzor konstrukciót, melyek 5-5db amiRNS target helyet tartalmaztak a 3’ nem transzlálódó régiójukban. A 10 amiRNS-ből 6 volt képes szignifikánsan lecsökkenteni a GFP expressziót.
Agrobacterium-közvetített WDV fertőzést követően DNS-t és RNSt vontunk ki a növényekből, majd 10 kiválasztott növényen Southern és Northern hibridizációval bizonyítottuk a vírus jelenlétét. Később a vírust kabócával is átvittük az egészséges növényre.
Megkezdtük az árpa transzformációját az öt amiRNS-t tartalmazó policisztronikus konstrukcióval és elkezdtük az első T0 növények molekuláris és biológiai (rezisztencia) vizsgálatát.
Results in English
We decided to apply miRNA technology to generate resistance in barley against the Wheat dwarf virus (WDV).
Three miRNA genes of barley have been cloned and the precursor of hvu-mir171 (138 nt) was chosen so that we could produce a precursor (hvu-mir171MOD) that was technically easy to utilize.
After comparison of barley and wheat strains of WDV and BDV viruses found in NCBI database we allocated the amiRNA target sites for the replicase and movement protein genes.
Based on the hvu-mir171MOD we generated 10 WDV specific amiRNA precursors. The specific amiRNA target sites for the WDV virus replicase and movement protein genes were selected so that they should aim at transcripted conservative sequences.
Two GFP-target sensor gene construct have been built to investigate the biological activity of artificial miRNA. These harbour 5 and 5 amiRNA target sites on their 3’ UTR. Six out of the 10 amiRNA was able to reduce the GFP gene expression.
After the Agrobacterium-mediated WDV infection DNA and RNA samples have been purified from the plants, then we proved the presence of the virus by Southern and Northern Blot in case of ten selected plants. Later on the virus was transmitted onto healthy control plants by leafhoppers.
We have begun the genetic transformation of barley introducing the policistronic construct carrying five amiRNAs and started the molecular and biological (resistance) monitoring of the first T0 plants.
Kis András; Bán Rita; Havelda Zoltán; Jenes Barnabás: MikroRNS alapú vírusrezisztencia kialakítása árpában, MBK Napok, Gödöllő 2011. november 10., 2011
Kis András; Bán Rita; Havelda Zoltán; Jenes Barnabás: MikroRNS alapú vírusrezisztencia kialakítása árpában, Absztraktok, Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, 2012. március 6., 2012
Kis András; Bán Rita; Havelda Zoltán; Jenes Barnabás:: MikroRNS alapú vírusrezisztencia kialakítása árpában, MBK Napok, Gödöllő 2012. december 4., 2012
Kis András; Eitel Gabriella; Ivanics Milán; Bán Rita; Havelda Zoltán; Jenes Barnabás: MikroRNS alapú vírusrezisztencia kialakítása árpában, Növényvédelmi Tudományos Napok, Budapest, 2013. február 19., 2013
Kis András; Bán Rita; Eitel Gabriella; Ivanics Milán; Havelda Zoltán; Jenes Barnabás: Artificial miRNA-mediated virus resistance in barley, Hungarian Molecular Life Science 2013. április 5-7, Siófok, 2013
ANDRÁS KIS, GERGELY THOLT, MILÁN IVANICS, ÉVA VÁRALLYAY, BARNABÁS JENES, ZOLTÁN HAVELDA: Polycistronic artificial miRNA-mediated resistance to Wheat dwarf virus in barley is highly efficient at low temperature, MOLECULAR PLANT PATHOLOGY, 2015 BSPP AND JOHN WILEY & SONS LTD, p. 11., 2015
Events of the project
2014-01-02 14:45:15
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).
