Charactzerization of stress-induced acclimation, early flowering and death processes in cereals  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
83642
Type K
Principal investigator Kocsy, Gábor
Title in Hungarian A stressz hatására bekövetkező edződési, korai virágzási és elhalási folyamatok jellemzése gabonafélékben
Title in English Charactzerization of stress-induced acclimation, early flowering and death processes in cereals
Keywords in Hungarian abiotikus stressz, antioxidáns, kis RNS, nitrogén-oxid, poliamin, reaktív oxigénsuzármazék
Keywords in English abiotic stress, antioxidant, nitric oxide, polyamine, reactive oxygen species, small RNA
Discipline
Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences)75 %
Ortelius classification: Plant development
Plant reproduction biology (Council of Complex Environmental Sciences)15 %
Food safety (Council of Complex Environmental Sciences)10 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants Gulyás, Zsolt
Jäger, Katalin
Kalapos, Balázs
Monostori, István
Novák, Aliz
Simonné dr. Sarkadi, Livia
Soltész, Alexandra
Szűcs, Attila
Tandori, Júlia
Vashegyi, Ildikó
Starting date 2011-07-01
Closing date 2015-06-30
Funding (in million HUF) 33.038
FTE (full time equivalent) 9.37
state closed project
Summary in Hungarian
A különböző abiotikus stresszhatások 40-50 % különbséget eredményeznek az elérhető és az aktuális terméseredmények közt a mezőgazdaságban. Ezek a hatások alkalmazkodást, korai virágzást vagy elhalást idézhetnek elő. A tervezett kísérletekben eltérő stressztűrésű gabona-genotípusokat hasonlítunk össze különböző hosszúságú és erősségű szárazság-, hő- és direkt oxidatív stressz során azon körülmények meghatározása céljából, melyek alkalmasak a három élettani folyamat egyértelmű elkülönítésére. A hajtástenyészőcsúcs morfológiájáénak és a növények életképességének a vizsgálata lehetővé teszi a vegetatív/generatív átmenet és az elhalás megállapítását. A hajtás és tenyészőcsúcsa transzkriptom-elemzést is magában foglaló részletes élettani és molekuláris biológiai tanulmányozása ki fogja deríteni a három élettani folyamat egyedi és közös jellemzőit. A kis RNS-ek, antioxidánsok, reaktív oxigénszármazékok, poliaminok, szabad aminosavak, NO, abszcizinsav és szalicilsav szerepét szintén vizsgálni fogjuk. A génexpresszió és az anyagcseretermékek sejten belüli változásait is követjük majd a sejszervecske-specifikus stresszválasz kimutatása céljából. A tervezett – élettani, molekuláris, sejtbiológiai és bioinformatikai megközelítéseket ötvöző –, kutatások a stressz által aktivált alkalmazkodási, virágzási és elhalási folyamatok elindításáért felelős ismeretlen szabályozó mechanizmusokat tárhatnak fel. Ezek célzott módosítása csökkentheti a gabonafélék abiotikus stresszhatások által előidézett termésveszteségét. Ezen kívül a pályázat támogatása hozzájárul intézetünk kutatási kapacitásának növeléséhez és a fiatal kutatók továbbképzéséhez. Nemzetközi együttműködések is kapcsolódnak a tervezett kutatásokhoz.
Summary
The various abiotic stresses result in a 40-50% gap between the attainable and the actual yields in agriculture. They may induce acclimation, early flowering or death. In the planned experiments cereal genotypes with different stress tolerance will be subjected to drought, high temperature or direct oxidative stress of different length and strength in order to determine those treatment conditions which are appropriate for the clear distinguishing of the three physiological processes. Investigation of the shoot apex morphology and plant viability will allow the determination of the vegetative/generative transition and death. Detailed physiological and molecular biological investigation of shoot and its apex including transcript profiling will show the specific and common components in each physiological process. The role of small RNAs, antioxidants, reactive oxygen species, polamines, free amino acids, NO, abscisic acid and salicylic acid will be investigated. Subcellular changes in transcript and metabolite levels will be detected in order to follow the compartment-specific stress response. The planned research combining physiological, molecular, cell biological and bioinformatical approaches may clarify unknown regulatory mechanisms determining the stress-induced initiation of acclimation, flowering or death. Targeted modification of these mechanisms may reduce the abiotic stress-dependent yield loss of cereals. The support of the present proposal will contribute to the improvement of the research capacity of applicant’s institute and to the training of young researchers. International collaborations are connected to the proposed work..




 

Final report

  
Results in Hungarian
Hipotézisünk szerint a különböző környezeti stresszek erősségüktől, időtartamuktól és a növények fejlődési állapotától függően edződést, korai virágzást vagy elhalást válthatnak ki. Kísérleteink célja az volt, hogy kiderítsük a redox rendszer ezen folyamatokban betöltött szerepét és az általa szabályozott anyagcsereutakat. Ozmotikus stressz, alacsony hőmérséklet, nehézfémek vagy redukáló- és oxidálószerek alkalmazásával módosítottuk a növények redox állapotát, amit az aszkorbát és a glutation redukált és oxidált formáinak mennyiségében és redukciós potenciáljában, valamint a hidrogén-peroxid koncentrációjában bekövetkezett változások jeleztek. Transzkriptom-elemzéssel kimutattuk, hogy ezeket a változásokat a génkifejeződés jelentős módosulásai kísérték. A befolyásolt gének közt számos olyat találtunk, mely szerepet játszik a stresszválasz (Cbf transzkripziós faktorok génjei), a fejlődés (vernalizációs gének) és az elhalás (poli(ADP-ribóz)-polimeráz génje) szabályozásában. Anyagcsereszinten a szabad aminosavak közül a glutaminsav koncentrációban bekövetkezett változásokat kell kiemelni, mivel ez az aminosav a stresszválaszban és a fejlődés szabályozásában fontos szerepet játszó glutation, prolin és putreszcin előanyaga. Eltérő stressztűrésű és fejlődési habitusú gabonagenotípusokat összehasonlítva korrelációs elemzéssel sikerült összefüggést találni a vizsgált biokémiai paraméterek változásai, a stressztűrés mértéke és a fejlődési folyamatok közt.
Results in English
According to our hypothesis, the various environmental stresses, depending on their strength, duration and developmental stage of the plants, may induce hardening, early flowering or death. The aim of our experiments was to clarify the role of the redox system in these processes and the related metabolic pathways. The redox state of the plants was modified by osmotic stress, low temperature, and by the application of reductants or oxidants. The redox changes were indicated by the alterations in the amount and redox state of ascorbate and glutathione and in the concentration of hydrogen peroxide. These alterations were accompanied by significant changes in the gene expression as shown by transcriptome analysis. The genes with altered expression are involved in the control of stress response (genes of CBF transcription factors), development (vernalisation genes) and death (gene of poly(ADP-ribose)-polimerase). At the level of metabolism the changes in glutamate concentration should be emphasized since this amino acid is the precursor of glutathione, proline and putrescine which compounds play an important role in the regulation of stress response and development. By comparison of genotypes with different stress tolerance and growth habit using correlation analysis a relationship was found between the changes of the examined biochemical parameters, the level of stress tolerance and the developmental processes in cereals.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83642
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kocsy G., Boldizsár Á., Carrera D., Gulyás Z., Szalai G., Galiba G.: Redox control of gene expression during the vegetative/generative transition in wheat., 11th International POG Conference: Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, 17-19 July 2013, Warsaw, Poland, p. 222, 2013
Kovács Z., Simon-Sarkadi L., Vashegyi I., Kocsy G.: Effect of chromosome 5A on the free amino acid accumulation induced in wheat by short- and long-term osmotic stress., The Scientific World Journal, 10 pages, ID: 216521, 2012
Boldizsár Á., Simon-Sarkadi L., Szirtes K., Soltész A., Szalai G., Keyster M., Ludidi N., Galiba G., Kocsy G.: Nitric oxide affects salt-induced changes in free amino acid levels in maize., J. Plant Physiol., 170: 1020-1027., 2013
Kocsy G., Tari I., Vanková R., Zechmann B., Gulyás Z., Poór P., Galiba G.: Redox control of plant growth and development., Plant Sci., 211: 77-91., 2013
Gulyás Z., Boldizsár Á., Novák A., Szalai G., Pál M., Galiba G., Kocsy G.: Central role of the flowering repressor ZCCT2 in the redox control of freezing tolerance and the initial development of flower primordia in wheat., BMC Plant Biology.2014, 14:91, 2014
Boldizsár Á., Carrera D.Á., Gulyás Z., Vashegyi I., Novák A., Kalapos B., Pál M., Galiba G., Kocsy G.: Comparison of redox and gene expression changes during the vegetative/generative transition in crowns and leaves of wheat chromosome 5A substitution lines at low temperature., Journal of Applied Genetics, DOI 10.1007/s13353-015-0297-2, 2015
Török A., Gulyás Z., Szalai G., Kocsy G., Majdik C.: Phytoremediation capacity of aquatic plants is associated with the degree of phytochelatin polymerization., Journal of Hazardeous Materials, 299, 371–378, 2015
Kocsy G.: Die or survive? - redox changes as seed viability markers., Plant, Cell & Environ., 38, 1008-1010., 2015
Kocsy G., Cao J., Gulyás Z., Boldizsár Á., Galiba G., Yao Y.: Study of hydrogen peroxide-responsive miRNAs and their target genes in wheat., Prcoeedings of the 4th Spring World Congress on Enginering and Technology, April 14-16, 2015, Beijing, China, p. 5-6, 2015
Gulyás Z., Boldizsár Á., Szalai G., Galiba G., Kocsy G.: Redox changes affect growth and gene expression in maize., 11th International POG Conference: Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, 17-19 July 2013, Warsaw, Poland, p. 221, 2013
Kovács Z., Simon-Sarkadi L., Vashegyi I., Kocsy G.: Effect of chromosome 5A on the free amino acid accumulation induced in wheat by short- and long-term osmotic stress., The Scientific World Journal, 10 pages, in press, 2012
Vágújfalvi A., Soltész A., Bálint A.F., Vashegyi I., Tóth B., Kocsy G., Galiba G.: Different approaches inolving testing methods, gene mapping and transformation reveal new insights into cereal frost tolerance., Acta Agron. Hung., 60. 167-182, 2012
Galiba G., Stockinger E. J., Francia E., Milc J., Kocsy G., Pecchioni N.: Freezing tolerance in Triticeae (Chapter7)., Genomics applications in plant breeding, Volume I: Improvement for abiotic stresses Editors: Rajeev K Varshney, Roberto Tuberosa, Wiley-Blackwell Publishers, in press, 2012
Pecchioni N., Kosová K., Vítámvás P., Prášil I.T., Milc J.A., Francia E., Gulyás Z., Kocsy G., Galiba G.: Genomics of low-temperature tolerance for an increased sustainability of wheat and barley production., Advances in Genomics of Plant Genetic Resources”, Volume 2. Genomics of plant genetic resources to improve crop production, food security and nutritional quality (eds.: R, 2012
Gulyás Z, Boldizsár Á., Carrera D., Szalai G., Galiba G., Kocsy G.: Redox regulation of development and gene expression in maize., Proceeedings of the Pannnonian Plant Biotechnology Workshops Advances in Plant Breeding and Plant Biotechnology in Central Europe, Juni 4-6, Debrecen, Hungary, pp. 13-14, 2012
Boldizsár Á., Gulyás Zs., Carrera D., Szalai G., Galiba G., Kocsy G.: A búza 5A kromoszómájának hatása az antioxidánsokra a vernalizáció során., XVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, 2012. március 6., Összefoglalók p. 64, 2012
Gulyás Zs., Boldizsár Á., Carrera D., Szalai G., Galiba G., Kocsy G.: A redoxváltozások szerepe a búza vernalizációjában és fagytűrésében., XVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, 2012. március 6., Összefoglalók, p. 80, 2012
Boldizsár Á., Simon-Sarkadi L., Szirtes K., Soltész A., Szalai G., Keyster M., Ludidi N., Galiba G., Kocsy G.: Nitric oxide affects salt-induced changes in free amino acid levels in maize., J. Plant Physiol., http://dx.doi.org/10.1016/j.jplph.2013.02.006, 2013
Kocsy G., Tari I., Vanková R., Zechmann B., Gulyás Z., Poór P., Galiba G.: Redox control of plant growth and development., Plant Sci., 10.1016/j.plantsci.2013.07.004, 2013
Galiba G., Vanková R., Tari I., Bánfalvi Z, Poór P., Dobrev P., Boldizsár Á., Vágújfalvi A., Kocsy G.: Hormones, NO, antioxidants and metabolites as key players in plant cold acclimation, Plant and Microbe Adaptations to Cold in a Changing World: Proc. of the Plant and Microbe Adaptation to Cold Conference, 2012 Eds. R. Imai, M. Yoshida, ISBN-13: 978-1461, 2013
Galiba G., Stockinger E. J., Francia E., Milc J., Kocsy G., Pecchioni N.: Freezing tolerance in Triticeae (Chapter7)., Genomics applications in plant breeding, Volume I: Improvement for abiotic stresses Editors: Rajeev K Varshney, Roberto Tuberosa, Wiley-Blackwell Publishers, pp. 99-123., 2013
Pecchioni N., Kosová K., Vítámvás P., Prášil I.T., Milc J.A., Francia E., Gulyás Z., Kocsy G., Galiba G.: Genomics of low-temperature tolerance for an increased sustainability of wheat and barley production., Adv. Genom. Plant Gen. Res., Vol. 2. Genomics of plant genetic resources to improve crop production, food security and nutritional quality, pp. 149-183., 2014
Boldizsár Á., Gulyás Zs., Carrera D., Szalai G., Galiba G., Kocsy G.: A búza 5A kromoszómájának hatása az antioxidánsokra a vernalizáció során., XVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok, Budapest, 2012. március 6., Összefoglalók p. 64, 2012
Galiba G., Vanková R., Tari I., Bánfalvi Z, Poór P., Dobrev P., Boldizsár Á., Vágújfalvi A., Kocsy G.: Hormones, NO, antioxidants and metabolites as key players in plant cold acclimation, Plant and Microbe Adaptations to Cold in a Changing World: Proc. of the Plant and Microbe Adaptation to Cold Conference, 2012 Eds. R. Imai, M. Yoshida, pp. 73-88, 2013
Simon-Sarkadi L., Ludidi N., Kocsy G.: Modification of cadaverine content by NO in salt-stressed maize., Plant Signaling & Behavior, 9:1, 2014
Gulyás Z., Boldizsár Á., Novák A., Szalai G., Pál M., Galiba G., Kocsy G.: Central role of the flowering repressor ZCCT2 in the redox control of freezing tolerance and the initial development of flower primordia in wheat., BMC Plant Biology.2014, 14:91, 2014
Boldizsár Á., Gulyás Z., Carrera D., Szalai G., Vashegyi I., Galiba G., Kocsy G.: Effect of chromosome 5A on gene expression during vernalization in wheat., Proceedings of the 19th EUCARPIA general congress). Z Bedő, L. Láng (eds.), 2012.05.21-24. Budapest, Hungary (Poster) pp. 306, 2012
Boldizsár Á., Gulyás Z., Carrera D., Szalai G., Vashegyi I., Galiba G., Kocsy G.: Chromosome 5A of wheat affects antioxidants during vernalization., Proceedings of the Plant Biology Congress, July 29 – August 3 2012, Freiburg, Germany, p. 303, 2012
Gulyás Z., Boldizsár Á., Carrera D., Szalai G., Galiba G., Kocsy G.: Redox changes affect cold acclimatization and vernalization in wheat., Proceedings of the Plant Biology Congress, July 29 – August 3 2012, Freiburg, Germany, p. 335, 2012




 

Events of the project

  
2022-01-10 11:38:23
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényi Molekuláris Biológiai Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
2014-09-01 10:23:28
Résztvevők változása
2012-02-24 11:01:45
Résztvevők változása
2011-10-10 19:41:08
Résztvevők változása



Back »