Effects of programmed cell death inhibition in plants on disease resistance to biotrophic and necrotrophic pathogens  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
84002
Type K
Principal investigator Király, Lóránt
Title in Hungarian Növényi programozott sejthalál gátlás hatása a biotróf és nekrotróf kórokozókkal szembeni rezisztenciára
Title in English Effects of programmed cell death inhibition in plants on disease resistance to biotrophic and necrotrophic pathogens
Keywords in Hungarian programozott sejthalál, BAX inhibitor 1, biotróf és nekrotróf növénykórokozók, vírus és baktérium növénykórokozók
Keywords in English programmed cell death, BAX inhibitor 1, biotrophic and necrotrophic plant pathogens, viral and bacterial plant pathogens
Discipline
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Ortelius classification: Crop protection
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Plant pathology, molecular plant pathology (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Plant Protection Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants Albert, Réka
Bacsó, Renáta
Gullner, Gábor
Kátay, György
Künstler, András
Manninger, Sándorné
Viczián, Orsolya
Starting date 2011-02-01
Closing date 2015-01-31
Funding (in million HUF) 21.695
FTE (full time equivalent) 5.01
state closed project
Summary in Hungarian
A programozott sejthalál (PCD) a növényi növekedésben és a stresszek elleni védekezésben (pl. kórokozó fertőzések) játszik szerepet. Korábbi kutatások szerint egy árpa PCD szuppresszor, a BAX inhibitor 1 (BI-1) túltermeltetése a nekrotróf Fusarium graminearum fertőzésekor fokozott mértékű rezisztenciát, míg a biotróf árpa lisztharmat (Blumeria graminis f.sp. hordei) fertőzésekor fokozott fogékonyságot okoz.
A pályázat egyik fő célja tisztázni, hogy a BI-1 fehérjét túltermelő transzgenikus árpa- és dohány növények hogyan reagálnak baktérium- és vírus fertőzésekre valamint nem-gazda rezisztenciát kiváltó kórokozókra, erről ugyanis jelenleg alig vannak ismereteink. Megvizsgáljuk továbbá, hogy a transzgenikus BI-1 növények valóban rezisztensebbek-e a nekrotróf- és fogékonyabbak-e a biotróf kórokozókkal szemben? Kérdés, hogy ezek a növények hogyan reagálnak egyes gazdaságilag jelentős nekrotróf (pl. Bipolaris sorokiniana, Botrytis cinerea) és biotróf (pl. Puccinia hordei, Golovinomyces orontii) gomba kórokozókra? Tisztázandó az is, hogy a transzgenikus BI-1 árpa képes-e fokozott mértékben ellenállni egy Közép-Európában nemrég megjelent nekrotróf gomba, a Ramularia collo-cygni, fertőzésének?
A BI-1 túltermelés PCD-re gyakorolt biokémiai hatásának vizsgálatához standard módszerekkel kívánjuk mérni a sejthalál és az ún. „DNA laddering”, egy tipikus PCD-marker, mértékét valamint a PCD-vel kapcsolatos enzimaktivitás- és génexpresszió változásokat.
A pályázat keretében tervezett kutatás eredményei a közeljövőben felhasználhatók a rezisztencia-nemesítésben, ahol igen fontos a kapott betegség rezisztencia olyan káros mellékhatásainak figyelembevétele, mint pl. a biotróf kórokozókkal szembeni fokozott fogékonyság.
Summary
Programmed cell death (PCD) is involved in the regulation of plant development and responses to environmental stresses like e.g. pathogen infection. Previous research has shown that overexpression of a PCD suppressor, BAX inhibitor 1 (BI-1), in barley renders plants more susceptible to the biotrophic barley powdery mildew fungus (Blumeria graminis f.sp. hordei) while confers increased resistance to the necrotrophic Fusarium graminearum.
Currently it is largely unknown how transgenic plants that overexpress BI-1 react to bacterial and viral diseases and pathogens that elicit non-host resistance, therefore, this is one of the main aims of the proposal. In addition, we will investigate if transgenic BI-1 barley and tobacco are indeed generally more resistant to necrotrophic pathogens while more susceptible to biotrophic pathogens? We will use these transgenic plants to assess their reactions to economically important necrotrophic (e.g. Bipolaris sorokiniana, Botrytis cinerea) and biotrophic (e.g. Puccinia hordei, Golovinomyces orontii) fungal pathogens. In particular, we will investigate the degree of resistance of BI-1 overexpressing transgenic barley to Ramularia collo-cygni, a new necrotrophic fungus of emerging importance in Central Europe.
To assess the biochemical effects of BI-1 overexpression on PCD development in plants, cell death and DNA laddering, a typical hallmark of PCD, as well as enzymatic activities and gene expression changes relevant to programmed cell death regulation will be assessed by standard methods.
This type of research has important implications in breeding disease resistant crop varieties where unwanted side effects of the obtained resistance (e.g. increased susceptibility to biotrophs) must be taken into account.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A növényi programozott sejthalál (PCD) gátlása a BAX inhibitor 1 (BI-1) fehérje túltermelésével nem mindig eredményez rezisztenciát nekrotróf- és fogékonyságot biotróf kórokozókra. A Bipolaris sorokiniana-t nekrotróf/hemibiotróf (=korai biotróf és késői nekrotróf szakasz) kórokozóként tartják nyilván. A PCD-ben gátolt, BI-1 túltermelő árpában a gomba indukálta nekrózis és a kórokozó felhalmozódása meglepő módon nőtt. A B. sorokiniana – árpa gazdanövényen – tehát inkább hemibiotróf, mint nekrotróf kórokozó. A gombával szembeni fogékonyság nemcsak a BI-1 gén mesterséges túltermelésével, hanem rövid hőkezeléssel is fokozható, feltehetően a PCD átmeneti gátlásán keresztül. BI-1 túltermelő dohányban a lokális nekrózissal (HR) együtt járó baktériumfertőzések tünetei visszaszorultak, de a baktérium felhalmozódás nem változott. A BI-1 dohányt többféle vírussal fertőzve kimutattuk, hogy a HR visszaszorulása együtt járhat a vírus felhalmozódás gátlásával vagy emelkedésével is. Igazoltuk, hogy ha a vírusfertőzéseknél kialakuló PCD-t a növényi antioxidáns kapacitás fokozásával gátoljuk, a HR, ill. szisztemikus mozaikos tünetek visszaszorulása mellett a vírus felhalmozódás nőhet, csökkenhet, vagy nem változik (a víruskórokozó, ill. a növényben indukált biokémiai változások függvényében). Eredményeink megerősítik, hogy baktérium- és vírusfertőzéseknél a programozott sejthalál és a rezisztencia bizonyos esetekben (pl. a BI-1 túltermelő növényekben) egymástól független.
Results in English
Inhibition of plant programmed cell death (PCD) by overproduction of the BAX inhibitor 1 (BI-1) protein does not always confer resistance to necrotrophic and susceptibility to biotrophic pathogens. The fungus Bipolaris sorokiniana is regarded as a necrotrophic/hemibiotrophic (=early biotrophic and late necrotrophic phase) pathogen. However, necrosis and fungal accumulation in BI-1 overproducer barley significantly increased. Therefore, B. sorokiniana should be regarded as a hemibiotroph, rather than a necrotroph, at least in barley. Enhanced susceptibility to B. sorokiniana is conferred not only by artificial BI-1 overproduction but also by short heat treatment likely through temporary inhibition of plant PCD. In bacteria-infected BI-1 overproducing tobacco local necrosis (HR) was suppressed, while bacterial numbers did not change. Inoculation of BI-1 tobacco with several different viruses revealed that suppression of HR is accompanied by either inhibition/enhancement of virus titers. We have shown that inhibition of plant PCD during virus infections by elevation of plant antioxidant capacity results in suppression of HR/systemic mosaic symptoms and in either increased/decreased/unchanged virus levels (depending on the virus pathogen and biochemical changes induced in planta). Our results confirm that during bacterial and viral infections changes in programmed cell death and resistance may be uncoupled in certain cases (e.g. in BI-1 overproducer plants).
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=84002
Decision
Yes





 

List of publications

  
Király L., Nádai, T., Künstler,: Elevated antioxidant capacity and programmed cell death inhibition in a superoxide tolerant tobacco is associated with enhanced susceptibility to systemic virus infection., XVI. International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions, Rhodes, Greece. Abstract, CS-20.3., 2014
Künstler, A., Füzék, K., Márfi-Bacsó, R., Király L.: Enhanced, heat-induced susceptibility of barley to Bipolaris sorokiniana is marked by increased levels of superoxide and hydrogen peroxide and elevated PR-1b expression., XVI. International Congress on Molecular Plant-Microbe Interactions, Rhodes, Greece. Abstract, P009., 2014
Viczián, O., Künstler, A., Hafez, Y.M., Király, L.: Catalases may play different roles in influencing resistance to virus-induced hypersensitive necrosis., Acta Phytopathol. Entomol. Hung. 49, 189–200., 2014
Barna, B., Bittsánszky, A., Viczián, O., Király, L., Fodor, J., Gullner, G., Kőmíves, T., Király, Z.: Biotic and abiotic stress-tolerant plants with elevated antioxidant capacity., Agrisafe Final Conference, Budapest, Hungary. Proceedings, pp. 227-230, 2011
Bacsó, R., Hafez, Y.M., Király, Z., Király, L.: Inhibition of virus replication and symptom expression by reactive oxygen species in tobacco infected with Tobacco mosaic virus., Acta Phytopathol. Entomol. Hung. 46, 1-10, 2011
Juhász, Cs., Künstler A., Király, L., Almási, A., Tóbiás I., Gullner, G.: Up-regulation of genes encoding PR-proteins, lipoxygenases and a patatin-like lipase in pepper leaves inoculated with tobamoviruses., International Joint Workshop on PR-Proteins and Induced Resistance, Neuchâtel, Switzerland. Abstract, p. 84, Poster No. 26, 2011
Király, L., Hafez, Y.M., Bacsó, R., Künstler, A., Király, Z.: Resistance to disease symptoms in tobacco induced by pretreatment with low concentrations of H2O2., 10th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, Budapest, Hungary. Abstract, p. 241, L-59, 2011
Király, L., Künstler, A., Juhász, Cs., Zechmann, B., Müller, M., Gullner, G.: Sulfate-induced resistance to Tobacco mosaic virus infection in tobacco is correlated with the induction of pathogenesis-related and antioxidant genes., International Joint Workshop on PR-Proteins and Induced Resistance, Neuchâtel, Switzerland. Abstract, p. 85, Poster No. 27, 2011
Kolozsvári Nagy, J., Király, L., Schwarczinger, I.: Phage therapy for plant disease control with a focus on fire blight., Central Eur. J. Biol. 7, 1-12, 2012
Gullner, G., Künstler, A., Juhász, Cs., Zechmann, B., Király, L.: A kéntartalmú anyagokkal indukált rezisztencia molekuláris alapjainak vizsgálata dohány mozaik vírussal fertőzött dohánynövényekben., I. ATK Tudományos Nap, Martonvásár, Előadáskivonatok, p. 19., 2012
Hafez, Y.M., Bacsó, R., Király, Z., Künstler, A., Király, L.: Up-regulation of antioxidants in tobacco by low concentrations of H2O2 suppresses necrotic disease symptoms., Phytopathology, 102, 848-856., 2012
Király, L., Künstler, A., Angel, C., Schoelz, J.: Az N vírus rezisztencia gén fogékonysági faktorként működik dohány nekrózis vírussal (TNV) fertőzött Nicotiana benthamiana-ban., I. ATK Tudományos Nap, Martonvásár, Előadáskivonatok, p. 21., 2012
Király, L., Künstler, A., Angel, C., Schoelz, J.: The virus resistance gene N functions as a susceptibility factor in Nicotiana benthamiana during infection by Tobacco necrosis virus., FESPB-EPSO Plant Biology Congress, Freiburg, Germany. Abstract, p. 703, poster P-10-017., 2012
Király, L., Künstler, A., Höller, K., Fattinger, M., Juhász, Cs., M., Müller, M., Gullner, G., Zechmann, B.: Sulfate supply influences compartment specific glutathione metabolism and confers enhanced resistance to Tobacco mosaic virus during a hypersensitive response., Plant Physiol. Biochem. 59, 44-54., 2012
Király, L., Künstler, A., Bacsó, R., Hafez, Y.M., Király, Z.: Similarities and differences in plant and animal immune systems – What is inhibiting pathogens?, Acta Phytopathol. Entomol. Hung. 48, 187-206, 2013
Király, L., Künstler, A., Hafez, Y.M., Király, Z., Bacsó, R.: Heat-induced susceptibility of barley to a biotrophic and a hemibiotrophic pathogen – differential changes in superoxide levels., 11th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, Warsaw, Poland. Abstract. BioTechnologia 94, 179, 2013
Király, L., Nádai, T., Künstler, A.: Egy szuperoxid (paraquat) toleráns, nagy antioxidáns kapacitású dohány fokozott fogékonysága szisztemikus vírusfertőzéssel szemben., 60. Növényvédelmi Tudományos Napok, Előadáskivonatok, p. 103, 2014
Künstler, A., Füzék, K., Király, L.: Hőkezeléssel indukált fokozott fogékonyság árpában egy hemibiotróf gombával (Bipolaris sorokiniana) szemben., 60. Növényvédelmi Tudományos Napok, Előadáskivonatok, p. 51, 2014
Künstler, A., Lantos, F., Király, Z., Király, L.: Powdery mildew resistance graft-transmitted from cherry pepper to sweet pepper correlates with superoxide accumulation., 11th International Conference on Reactive Oxygen and Nitrogen Species in Plants, Warsaw, Poland. Abstract. BioTechnologia 94, 181, 2013




 

Events of the project

  
2013-10-11 16:16:42
Résztvevők változása
2011-10-12 13:02:35
Résztvevők változása



Back »