Studies on the modified abiotic stress tolerance of transplastomic tobacco plants: the role of chloroplast antioxidants  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
85349
Type NN
Principal investigator Hideg, Éva
Title in Hungarian Kloroplasztisz antioxidánsok szerepe az abiotikus stressz toleranciában: vizsgálatok transzplasztomikus dohány növényekkel
Title in English Studies on the modified abiotic stress tolerance of transplastomic tobacco plants: the role of chloroplast antioxidants
Keywords in Hungarian reaktív oxigén származékok (ROS), antioxidáns enzim rendszerek, nem enzimatikus specifikus ROS kioltók, UV-B
Keywords in English reactive oxygen species (ROS), antioxidant enyzme network, specific non-enyzmatic ROS scavengers, UV-B
Discipline
Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences)90 %
Ortelius classification: Crop physiology
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Insitute of Biology (University of Pécs)
Participants Czégény, Gyula
Majer, Petra
Starting date 2011-09-01
Closing date 2015-12-31
Funding (in million HUF) 10.804
FTE (full time equivalent) 3.97
state closed project
Summary in Hungarian
A nemzetközi együttműködési pályázat során Prof. Philip Dix (National University of Ireland Maynooth, Írország) laboratóriumával közösen azt vizsgáljuk majd, hogyan befolyásolják a kloroplasztisz antioxidánsai az abiotikus stressz válaszokat. Ehhez az írországi laboratóriumban előállított MnSOD, DHAR és GR enzimekkel megerősített kloroplasztisz transzformáns dohány növényeket használunk majd. Magyarországon ezekkel a transzplasztomikus növényekkel elsősorban UV-B besugárzásos kísérleteket végzünk, de az alacsony hőmérséklet és levélkorongokban kémiailag előidézett oxidatív stressz hatásait is vizsgáljuk majd. Az üvegházban a természetes megvilágítás mellett alacsony, a fotoszintetikus aktivitást csak kis mértékben csökkentő, akklimációt lehetővé tevő UV-B dózisokat alkalmazzuk. A kezelt és kezeletlen, vad típusú és transzplasztomikus, egyetlen ill. több enzimmel megerősített növények leveleinek összehasonlításakor a fotoszintézis (gázcsere, elektron transzport) mellett az antioxidáns-hálózat változásait követjük majd és ezek korrelációit keressük.
Levélkivonatokban mérjük a teljes antioxidáns kapacitást, nem-enzimatikus antioxidánsokat és az egyes (saját és bevitt) enzimek aktivitását is. Korábban fejlesztett ill. levélkísérletekhez adaptált saját módszereinket használva külön hangsúlyt fektetünk a specifikus szinglett oxigén és hidroxil gyök kioltó képesség mérésére, mivel ezeket a reaktív oxigén formákat egyetlen specifikus enzim sem célozza.
Az együttműködés nagy hangsúlyt fektet a hallgatók képzésére és csereprogrammot is tartalmaz. A magyarországi pályázat 50%-át PhD hallgatók költségeire, ösztöndíjra, utazásra és konferencia részvételükre terveztük.
Summary
In collaboration with Prof. Philip Dix, of the National University of Ireland Maynooth, Ireland (NUI Maynooth), the aim of the proposed work is to study the impact of increased chloroplastic ROS scavenging activity on stress tolerance. Various abiotic stress experiments will be carried out with transplastomic tobacco plants from NUI Maynooth, reinforced in various antioxidant enzymes (MnSOD, DHAR, GR) expressed individually or co-odinately in the chloroplast as a result of direct plastid transformation. In Hungary, we will mainly focus on leaf responses to relatively low doses of supplementary UV-B radiation, limiting photosynthesis without irreversibly damaging it. This will create conditions when various antioxidant pathways are expected to be activated, rather than eliminated. Apart form consequences of UV irradiation, effects of chilling or direct oxidative stress by chemical elicitors will also be studied.
The aim of the project is to relate changes photosynthetic activities and those of specific and total antioxidant capacities upon these treatments. These parameters will be compared in wild type and transplastomic leaves, in single as well as in multiple transplastomics. Activities of both innate and introduced enzymes will be followed, as well as of non enzymatic antioxidants. Using methods developed or adapted in our laboratory earlier, we will also monitor hydroxyl radical and singlet oxygen scavenging capacities, as these ROS are not targeted by enzymes directly.
There will be a strong training component to this programme with exchanges between the two laboratories. In Hungary, 50% of the proposed budget is allocated to PhD students.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A növények abiotikus stress körülményekhez történő alkalmazkodásának kulcsa a prooxidáns – antioxidáns egyensúly megtartása. A leveleket érő hatások jelentős része elsősorban a kloroplasztiszokban vezet reaktív oxygen származékok keletkezéséhez, ezért van kiemelt szerepe az itt található antioxidánsoknak. A kutatás során különböző mértékű természetes napfényhez alkalmazkodott, illetve laboratóriumi körülmények között növénynevelő kamrákban kiegészítő UV fényhez alkalmazkodott leveleket vizsgáltunk. Megállapítottuk, hogy: (1) a természetes napfényhez történő alkalmazkodásban fontos szerepük van a szinglett oxigén semlegesítő antioxidánsoknak; (2) az alkalmazkodást nagyonn mértékben befolyásolják a stressz hatására indukáló antioxidánsok, mint a stressz bekövetkeztekor meglévő kapacitások. (3) A napfényben is tartalmazott hullámhosszúságú UV-B sugárzás képes a levelekben metabolikus termékként is jelen levő hidrogén-peroxidot hidroxil gyökké alakítani; ennek következtében (4) az UV fényhez történő alkalmazkodás központi eleme a peroxidáz aktivitás megnövelése, illetve a nem enzimatikus úton történő hidrogén-peroxid és hidroxil gyök semlegesítés. A fenti eredmények alapján felállított és kísérleti adatokkal is alátámasztott hipotézisünk szerint (5) a környezeti UV sugárzás szinergikus (más abiotikus stresszeket felerősítő) hatása a hidrogén-peroxidon keresztül jön létre. Az eredmények 8 folyóirat közlemény és a két projekt résztvevő PhD disszertációjának alapját képezik.
Results in English
Acclimation to diverse climate factors includes avoiding oxidative stress of biological membranes and membrane bound functions. This is achieved by counterbalancing the stress induced production of reactive oxygen species (ROS) with antioxidants. Leaves and their chloroplasts are primary sites of ROS photo-production, thud changes in antioxidant – pro-oxidant balance in chloroplasts are key factors in stress responses. We studied this balance in leaves in response to natural sunlight (sun/shade leaves) or various combinations of photosynthetically active radiation (PAR) and supplemental ultraviolet light (UV) in growth chambers. We found that: (1) Singlet oxygen neutralizing antioxidants facilitate acclimation to high intensity sunlight. (2) Acclimation to UV was less determined by base levels of antioxidants than by their inducibilities in response to the irradiation. (3) Solar UV is capable of converting metabolic hydrogen-peroxide to hydroxyl radicals via direct photo-cleavage. In accordance with the above results, we showed that (4) the primary line of antioxidant defence in UV-irradiated tobacco leaves is centred on lowering plastid hydrogen-peroxide concentration. (5) The synergistic nature of solar UV with other abiotic stress factors is realised via hydrogen-peroxide. Results were published in 8 peer reviewed journal publications and also served as the basis of two PhD dissertations, one completed (Petra Majer, 2013) and one being written (Gyula Czégény, 2016).
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=85349
Decision
Yes





 

List of publications

  
Hideg, É., Jansen, M.A.K., Strid, Å.: UV-B exposure, ROS, and stress: inseparable companions or loosely linked associates?, TRENDS IN PLANT SCIENCE 18:(2) pp. 107-115., 2013
Majer P., Hideg, É.: Developmental stage is an important factor that determines the antioxidant responses of young and old grapevine leaves under UV irradiation, Plant Physiology and Biochemistry 50: 15-23, 2012
Hideg, É., Majer, P., Czégény, Gy., Sándor, Gy., Poage, M., Dix, P.J.: Consequences of enhanced chloroplast SOD activity on the acclimation of leaves to supplemental UV-B, In: Plant Biology Congress Freiburg 2012 jointly organised by FESPB and EPSO, 29 July – 3 August 2012, Albert-Ludwigs-University Freiburg, p. 337., 2012
Majer, P., Neugart, S., Krumbein, A., Schreiner, M., Hideg, É.: Acclimation to high light in linden leaves is aided by singlet oxygen neutralizing flavonoids, In: Plant Biology Congress Freiburg 2012 jointly organised by FESPB and EPSO, 29 July – 3 August 2012, Albert-Ludwigs-University Freiburg, pp. 370-371., 2012
Majer P., Hideg, É.: Existing antioxidant levels are more important in acclimation to supplemental UV-B irradiation than inducible ones: Studies with high light pretreated tobacco leaves, Emir. J. Food Agric. 24: 598-606., 2012
Kálai. T, Hideg, É., Ayaydin, F., Hideg, K.: Synthesis and potential use of 1,8-naphthalimide type 1O2 sensor molecules., Photochemical and Photobiological Sciences 12:(3) pp. 432-438., 2013
Hideg, É., Jansen, M.A.K., Strid, Å.: UV-B exposure, ROS, and stress: inseparable companions or loosely linked associates?, TRENDS IN PLANT SCIENCE 18:(2) pp. 107-115. (2013), 2013
Majer Petra: Antioxidánsok szerepe a levelek akklimációjában – rövidtávú alkalmazkodás változó megvilágításhoz, SZTE Doktori Repozitórium, 2013
Majer P., Neugart S., Krumbein A., Schreiner M., Hideg É.: UV-B inducible flavonoids protect sun leaves from photoinhibition by high PAR as singlet oxygen neutralizing antioxidants, Abstracts of the 2nd Network Meeting of COST Action FA0906 (UV4Growth); Mikulov, Czech Republic, 14–16 April 2013, ISBN 978-80-904351-7-9, 2013
Czégény Gy., Dér A., Strid Å., Hideg, É.: Hydrogen peroxide has a multiple role in UV-B irradiated leaves, Abstracts of the 2nd Network Meeting of COST Action FA0906 (UV4Growth); Mikulov, Czech Republic, 14–16 April 2013, ISBN 978-80-904351-7-9, 2013
Majer P., Hideg, É.: Developmental stage is an important factor that determines the antioxidant responses of young and old grapevine leaves under UV irradiation, Plant Physiology and Biochemistry 50: 15-23, 2012
Majer P., Hideg, É.: Existing antioxidant levels are more important in acclimation to supplemental UV-B irradiation than inducible ones: Studies with high light pretreated tobacco leaves, Emir. J. Food Agric. 24: 598-606., 2012
Majer P., Neugart S., Krumbein A., Schreiner M., Hideg É.: UV-B inducible flavonoids protect sun leaves from photoinhibition by high PAR as singlet oxygen neutralizing antioxidants, Abstracts of the 2nd Network Meeting of COST Action FA0906 (UV4Growth); Mikulov, Czech Republic, 14–16 April 2013, ISBN 978-80-904351-7-9, 2013
Kovács, L., Ayaydin, F., Kálai, T., Tandori, J., Kós, P.B., Hideg, É.: Assessing the applicability of singlet oxygen photosensitizers in leaf studies, Photochemistry and Photobiology 90, 129-136, 2014
Majer, P., Neugart, S., Krumbein, A., Schreiner, M., Hideg, É: Singlet oxygen scavenging by leaf flavonoids contributes to sunlight acclimation in Tilia platyphyllos, Environmental and Experimental Botany 100, 1-9, 2014
Majer, P., Czégény, Gy., Sándor, Gy., Dix, P.J., Hideg, É.: Antioxidant defence in UV-irradiated tobacco leaves is centred on hydrogen-peroxide neutralization, Plant Physiology and Biochemistry, 82: 239-243, 2014
Czégény, Gy., Wu, M., Dér, A., Eriksson, L.A., Strid, Å., Hideg, É.: Hydrogen peroxide contributes to the ultraviolet-B (280-315 nm) induced oxidative stress of plant leaves through multiple pathways, FEBS Letters, 588, 2255-2261, 2014
Hideg É, Czégény Gy, Majer P, Mátai A, Dér A, Sándor Gy, Dix PJ, Strid Å: Plant responses to UV - hydrogen peroxide in new light, 16th Congress of the European Society of Photobiology, 31 August - 4 September, Aveiro Portugal, Book of Abstracts, p.95, 2015
Hideg É, Czégény Gy, Ayaydin F, Kovács L: Rose Bengal as single oxygen photosensitizer in leaves, 26th Congress of the Scandinavian Plant Physiology Society, 9-13 August 2015, Stockholm Sweden, [24], 2015
Czégény Gy, Majer P, Sándor Gy, Dér A, Strid Å, Hideg É: UV acclimation - hydrogen peroxide in focus, Congress of the Scandinavian Plant Physiology Society, 9-13 August 2015, Stockholm Sweden, [80], 2015




 

Events of the project

  
2015-08-24 15:29:03
Résztvevők változása
2012-07-27 10:33:14
Résztvevők változása



Back »