Nektárfehérjék szerepe az almafélék tűzelhalás elleni endogén védekezésben
Title in English
The role of nectar-proteins in the self-defence mechanism of Maloideae against fire blight
Keywords in Hungarian
Tűzelhalás, Erwinia, endogén védekezés
Keywords in English
fire blight, Erwinia, endogenous defence
Discipline
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)
60 %
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)
40 %
Panel
Complex agricultural sciences
Department or equivalent
Agricultural Biotechnology Institute (ABC) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Starting date
2010-02-01
Closing date
2014-01-31
Funding (in million HUF)
18.000
FTE (full time equivalent)
1.56
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatásunk az almafélék tűzelhalásos megbetegedés elleni természetes védekezési mechanizmus biológiai alapjainak felderítését célozza, döntően a nektárban található fehérjékre koncentrálva. Munkahipotézisünk az, hogy az Erwinia amylovora fertőzésre érzékeny fajok/fajták esetében ez a mechanizmus, legalább időlegesen, nem, vagy nem kellő hatékonysággal működik. A fertőzés folyamatának növényi oldalát tekintve feltételezzük, hogy ez a kevéssé hatékony működés a nektárfehérjéket kódoló gének expressziós tulajdonságaival, azok nektárban mérhető koncentrációjával, enzimológiai paramétereikkel, a nektár mennyiségével és a folyékony nektár jelenlétének időtartamával hozható összefüggésbe. Ezen tényezők mennyiségi/minőségi variabilitása magyarázhatja a fajok és fajták között megfigyelhető különbségeket a fertőzéssel szembeni fogékonyságban. Kutatási tervünket elméleti megfontolásokra, és előzetes eredményeinkre alapozzuk. Vizsgáljuk a fehérjék jelenlétét és azok enzimológiai aktivitását az almatermésűek nektárjában, ezek korrelációját a vizsgálatba vont fajok/fajták tűzelhalással szembeni érzékenységével. Megkíséreljük továbbá a fehérjéket kódoló struktúrgéneket és a nektár-specifikus expresziót biztosító promótereket azonosítani és izolálni. Végül bizonyítani szeretnénk, hogy a fenti gének eltérően működnek az Erwinia amylovora-val szemben érzékeny és toleráns növényekben.
Summary
The aim of the proposed project is to reveal the naturally existing endogenous defense mechanisms in the Maloideae subfamily against fire blight, focusing on the proteins secreted into the nectar. Our working hypothesis is that this mechanism – at least temporarily - does not work efficiently in plants sensitive to Erwinia amylovora infection. We assume that the suboptimal activity is correlated to the concentrations and enzymatic parameters of the proteins, the amount of the fluid nectar and the time-span of its presence. The variability of these factors might explain the species-/varieties-specific differences in sensitivity to fire blight. The project plan is based on theoretical considerations and our preliminary, unpublished results. We want to explore the presence of proteins and their activity in the nectar of Maloideae and the correlation of these factors with the sensitivity of the examined cultivars to fire blight. We also aim to identify and isolate the structural genes of these proteins together with their promoters that govern nectar-specific expression. Furthermore, we would like to confirm that these genes work differently in plants sensitive and tolerant to Erwinia amylovora infection.
Final report
Results in Hungarian
Célkitűzésünk volt az almafélékben a tűzelhalás ellen létező endogén védekezési mechanizmus felderítése és igazolása. A különböző Erwinia fertőzéssel szemben fogékony és toleráns almafajták nektár mintáinak PAGE vizsgálata során megállapítottuk, hogy a toleráns Freedom almafajta - szemben a fogékony fajták nektárjaival - tartalmaz egy nagy mennyiségben termelődő fehérjét. Ezt követően azt a kérdést tettük fel, hogy van–e szerepe ennek a fehérjének az Erwinia fertőzéssel szembeni tolerancia kialakításában.
A szóbanforgó fehérjét HPLC-MS méréssel azonosítottuk majd a teljes gént degenerált oligonukleotid primerekkel izoláltuk és szekvenciáját meghatároztuk.
Ez alapján megállapíthatjuk, hogy a toleráns fajták nektárszövetében specifikusan expresszálódó és az Erwinia amylovora fertőzéssel szemben védőfunkciót ellátó protein egy ún. kettős funkcióval (lizozim funkcióval is) rendelkező un. hármas típusú savas kitináz. RNS és DNS alalapú molekuláris markereket is kifejlesztettünk, amelyek alkalmasak a fogékony és toleráns fajták azonosítására. Az izolált gént élesztő expressziós rendszerben tisztítottuk és igazoltuk kitináz valamint lizozim aktivitását. A fogékony és toleráns fajták promóterét azonosítottuk, az eltérő expressziós tulajdonság okát az eltérő promoter szerkezettel magyarázhatjuk.
Results in English
The aim of this project to identify the naturally existing defense mechanism in Maloideae against fire blight, primarily focusing on the function of proteins in nectar and nectary tissue. PAGE analysis of nectar proteins of several tolerant and susceptible apple cultivars revealed that Freedom, a moderately resistant apple cultivar, contains a highly dominant protein in its nectar.
The protein was partially identified by HPLC-MS and the corresponding coding region was also isolated. This nectar protein shows high similarity to PR8 acidic chitinase and has chitinase and lysozyme activity. The similar chitinase gene was isolated in a susceptible apple cultivar Sampion, but the expression level of the gene was 100 times less than in the tolerant cultivar. Finally we demonstrated, that the expression of that gene shows high tissue specificity in nectary glands of tolerant cultivars. The promoters from tolerant and susceptible plants were isolated and sequenced they showed high similarity, except a number of a 63 nt long repeat element was present in different number.
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).
