 |
Az abiotikus stressz és patogén fertőzés által kiváltott szisztemikus szerzett rezisztencia (SZSZR) szignálátviteli elemeinek jellemzése és összehasonlítása dohány növényekben
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
112146 |
| típus |
K |
| Vezető kutató |
Ádám Attila |
| magyar cím |
Az abiotikus stressz és patogén fertőzés által kiváltott szisztemikus szerzett rezisztencia (SZSZR) szignálátviteli elemeinek jellemzése és összehasonlítása dohány növényekben |
| Angol cím |
Characterization and comparison of signaling elements of systemic acquired resistance (SAR) induced by pathogenic and abiotic stress factors in tobacco |
| magyar kulcsszavak |
abiotikus stressz, aktivált állapot (priming), azelainsav(AzA), Cercospora (cercosporin), dohány mozaik vírus(DMV), HPLC-MS, pipekolinsav (Pip), szisztemikus szerzett rezisztencia (SZSZR) |
| angol kulcsszavak |
abiotic stress, azelaic acid (AZA), Cercospora (cercosporin), HPLC-MS (mass spectrometry), pipecolic acid (Pip), priming, systemic acquired resistance, (SAR), tobacco mosaic virus (TMV) |
| megadott besorolás |
| Növénykórtan, molekuláris növénykórtan (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 70 % | | Jelátvitel (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 30 % |
|
| zsűri |
Komplex agrártudomány |
| Kutatóhely |
Növényvédelmi Intézet (HUN-REN Agrártudományi Kutatóközpont) |
| résztvevők |
Gullner Gábor
Kátay György
Mergenthaler Emese
Nagy Zoltán
Viczián Orsolya
|
| projekt kezdete |
2015-01-01 |
| projekt vége |
2019-11-30 |
| aktuális összeg (MFt) |
34.080 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
8.27 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A szisztemikus szerzett rezisztenciára (SZSZR) vonatkozó szignálátviteli kísérletek a biotikus indukcióra összpontosítottak és gyakorlatilag nincs információ az abiotikus nekrotikus stresszorok esetében. Másrészt számos kémiai, hosszú távon ható, mobilis szignál került leírásra, elsősorban az Arabidopsis-baktérium rendszerekben, amelyek együttesen járulnak hozzá az aktivált állapot („priming”) kiváltásához (azaz a szalicilsav szisztemikus akkumulációjához): így a metil-szalicilsav (MeSA), auxin (A), jázmonsav (JA), az azelainsav (AzA), a pipekolinsav (Pip), glicerol-3-foszfát (G3P) és szabad zsírsavak (18C:1, 18C:2, és 18C:3 FFA). Ennek ellenére a különböző szignálátviteli elemek specifikus és/vagy közös jelentősége a termesztett növényfajok gazda-kórokozó kapcsolataiban kevésbé világos. Ezért új megközelítésként, javasoljuk pályázatunkban az SZSZR szignálátvitelének összehasonlító elemzését lokális vírus (TMV), gomba (Cercospora) és abiotikus (Hg-só) faktorok esetében, termesztett növényben, dohányban. Új és/vagy ismert szignálelemek leírása érdekében az SZSZR indukciója után a levélnyélből kinyert folyadékot HPLC-MS módszerrel fogjuk elemezni. A membránlipid peroxidációból származó szignálkomponensek, az AzA, JA és az FFA valamint a Pip hatását (lokális/szisztemikus) fogjuk tesztelni a fenti kórokozókkal és abiotikus faktorral szemben. Az SZSZR időbeli hatását össze kívánjuk hasonlítani különböző hatékony kémiai és kórokozó indukáló ágensek esetében és az esetleges transzgenerációs hatást is ellenőrizni fogjuk. Ezek a vizsgálatok az SZSZR gyakorlati alkalmazhatóságát állítják a kutatás középpontjába, különösen a széleskörű növényi immunitás kémiai indukciója alapján.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Arabidopsisban az SZSZR indukciója során azonosított számos szignálátviteli komponens a kémiailag eltérő és feltehetően független szignálok összjátékát jelentheti, amely végül egy közös útvonalba fut össze. Azonban jóval kevesebb információ áll rendelkezésre az SZSZR szignálátviteléről a termesztett növényekben. Ezért azt feltételeztük, hogy különböző SZSZR indukáló ágensek (vírus, gomba patogének és abiotikus stressz) a dohányban részben eltérő és/vagy azonos szignálmolekulák képződését indukálja. A széles hatásspektrumú, közös szignálátviteli komponens(ek) azonosítása különböző termesztett növényfajokban alapvető fontosságú a gyakorlatban alkalmazható kémiai SZSZR-indukció szempontjából. Kutatási tervünket ezért a következő pontokra irányítottuk: i) A korábban leírt három lipid-bázisú szignálátviteli komponens (AzA, JA, FFA) és a Pip tesztelése dohányban (lokális és szisztemikus hatás) vírus (TMV), gomba (Cercospora nicotianae) és abiotikus stresszor (Hg-só) esetében. ii) Az SZSZR virális, gomba és abiotikus indukcióját követően új és/vagy ismert szignálátviteli elemek azonosítása a levélnyélből kiválasztott exudátum összehasonlító HPLC-MS-analízisével. iii) A transzgenerációs SZSZR-hatás tesztelése széles hatásspektrumú, közös szignálátviteli komponensek esetében. A fenti kísérleti kérdések szorosan kapcsolódnak az egész növényre kiterjedő immunitás gyakorlati alkalmazásához egy fenntartható mezőgazdasági modellben. A kutatási terv két megvalósítási módot vesz figyelembe: 1) az SZSZR kémiai indukciója közös szignálátviteli molekulák alkalmazásával termesztett növényekben; 2) az SZSZR transzgenerációs hatásának tesztelése. Mindkét kérdés érdemes a további elemzésre.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatási terv mind új alapkutatási kérdéseket, mind a gyakorlati megközelítés szempontjait magában foglalja. Az új alapkutatási kérdéseket a következőkben foglaljuk össze: 1) SZSZR szignálátviteli komponensek meghatározása és összehasonlító jellemzése új indukciós rendszerekben: Cercospora fertőzés, abiotikus stressz, illetve a már részben ismert TMV fertőzést követően ugyanabban a termesztett növényfajban (dohány). 2) Korábban Arabidopsisból ismert (AzA, JA, FFA és Pip) és újonnan meghatározott szignálátviteli komponensek tesztelése (lokális és szisztemikus hatás) a fenti kórokozók és stresszor esetében dohányban. Ez a kísérleti megközelítés elősegíti a különböző szignálmolekulák specifikus és/vagy közös jelentőségének feltárását különböző termesztett növényekben és gazda-kórokozó kapcsolatokban. A széles hatásspektrumú, több növényben hatékony, közös szignálátviteli elem(ek) meghatározása alapvető jelentőségű az SZSZR kémiai indukciója gyakorlati alkalmazásában is. 3) A harmadik kérdéskör szintén a gyakorlati alkalmazással is kapcsolatos. A hatékony kémiai szignálmolekulák transzgenerációs (öröklődő) hatásának tesztelése egy termesztett növényfajban hozzájárul a fenntartható mezőgazdaságban is alkalmazható hatékony jövőbeli technológiák kifejlesztéséhez. A kutatás eredményeiből 2-3 publikációt tervezünk nemzetközi folyóiratokban.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A szisztemikus szerzett rezisztencia (SZSZR) vagy más szóval egész növényre kiterjedő védettség a helyi levélfertőzés után fejlődik ki különböző kórokozók (vírusok, gombák és baktériumok) hatására. Fontos hangsúlyozni, hogy a folyamat során az elsődleges fertőzési helytől távol eső levelekben egy második, előhívó fertőzés esetében a több kórokozóval szemben védelmet nyújtó széles hatásspektrumú válaszok (mint például a szalicilsav akkumulációja) előre aktivált állapotba (un. „priming”) kerülnek, azaz időben korábban és/vagy erősebben nyilvánulnak meg, mint a kontrol növényekben. Számos, a védettség kialakításában szerepet játszó, mozgékony jelmolekula azonosítása Arabidopsis modellnövényekben bakteriális fertőzés után lehetővé tette az SZSZR kémiai indukcióját és a gyakorlati alkalmazás potenciális lehetőségét. Azonban mielőtt a gyakorlati megvalósítás felé fordulnánk, fontos meghatározni a közös, hatékony szignálátviteli molekulákat az Arabidopsis mellett termesztett növényekben, más kórokozók esetében is. Ezért javasoltuk az SZSZR indukció szignálátvitelének összehasonlítását dohány növényekben, lokális nekrotikus tüneteket kiváltó vírus, valamint gomba fertőzés, újonnan leírt és ismert kémiai szignálmolekulák és abiotikus stresszor alkalmazása után. Ezek a kísérletek alapvetően és újszerűen hozzájárulnak az SZSZR specifikus és általános jellemzőinek megismeréséhez különböző kórokozó-növény rendszerekben és közvetlenül elősegítik a teljes növényre kiterjedő immunitás gyakorlati alkalmazásának megoldását termesztett növényekben.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Recent signal transduction studies focused on biotic induction of systemic acquired resistance (SAR) and practically no information on signaling induced by abiotic necrotic stressors. On the other hand, many chemical long-distance mobile signals acting in cooperation and contributing to priming (i.e. systemic accumulation of salicylic acid, SA) have been described mainly in Arabidopsis-bacterial systems including methyl salicylate (MeSA), auxin (A), jasmonic acid (JA), azelaic acid (AzA), pipecolic acid (Pip), glycerol-3-phosphate (G3P) and free fatty acids (18:1, 18:2 and 18:3 FFAs). In spite of these studies the specific and/or common significance of different signaling elements in plant-pathogen interactions of different crop plants is less clear. Therefore as a new approach we suggest the comparison of SAR signaling components induced by local necrotic viral (TMV), fungal (Cercospora) and abiotic (Hg-salt) factors in a crop plant, tobacco. In order to identify putative new and formerly described mobile signaling elements in tobacco, after SAR induction petiolar exudates will be collected and analyzed by HPLC-MS. Chemical induction of SAR with three signal compounds derived from lipid peroxidation mediated membran damage, AzA, JA and FFAs as well as Pip will be tested locally and distally (systemic effect) against these pathogens and abiotic factors. Effective compunds and inducers will be also tested for persistence of SAR and transgenerational effects will be checked. These basic comparative studies will focus on the practical applicability of SAR phenomenon, especially from the point of view of chemical induction of broad-range plant immunity.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The present evidence for multiple signaling of SAR inducible in bacterial interactions of Arabidopsis may suggest the interplay of chemically diverse and possibly independent signals, finally converging into a common pathway. However, much less information is available on SAR signaling events in crop plants. Therefore we hypothetized that different inducers of SAR (viral, fungal pathogens and abiotic stress) can signal partially different and/or common molecular species in tobacco. However, the identification of common signaling element(s) with wide-range effect in different crop plants is crucial for chemical induction of SAR in practice. Therefore we focused our research plan on three main points: i) Testing of several formerly described acyl lipid-based SAR signaling elements (AzA, JA, FFAs) and Pip in tobacco (local and systemic effects) against viral (TMV) fungal (Cercospora nicotianae) and abiotic stressor (Hg-salt). ii) Identification of new and/or known signaling elements after viral, fungal and abiotic induction of SAR in tobacco: comparative HPLC-MS analysis of petiolar exudates. iii) Testing of trans-generational priming effect of wide-range and common signaling compounds. The above experimental research questions are directly related to practical application of a broad-range whole plant immunity model in sustainable agriculture. The present project considers two ways for this purpose: 1) testing of chemical induction of SAR by common natural signaling compounds in a crop plant; 2) testing of trans-generational effect of SAR. Both of these questions are worthy of detailed analysis.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The significance of the present project includes either new basic research questions or more practical approaches. Absolutely new and basic research related aspects of the project are outlined in the subsequent points as follows: 1) Identification,. characterisation and comparison of SAR signaling compounds under new SAR inducing conditions: Cercospora infection, abiotic stress and partially known TMV infection in the same crop plant (tobacco). 2) Testing of formerly known (AzA, JA, FFAs and Pip) and newly described signal compounds (local and systemic effects) against the above pathogens and stress factor. This approach will facilitate the understanding of the significance of common and/or specific signaling elements in different crop plants and plant-pathogen interactions. The identification of common signaling element(s) with broad-range effect in different crop plants are crucial for putative practical application of chemical induction of SAR. The third question is also related to practical field. The testing of effective, common chemical signal molecules for trans-generational priming effects in crop plants (tobacco) could contribute to the development of effective technology in management of sustainable agriculture in the future. We are planning the publication of 2-3 papers in international journals.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Systemic acquired resistance (SAR) or in other words whole plant immunity, develops after localized foliar infection by diverse pathogens (viruses, fungi and bacteria) in plants. It is important to stress that during this process, leaves distal to the localized primery infection site become primed to activate stronger and/or earlier wide-range defense responses (for example accumulation of salicylic acid) upon secondary, challange infection. The present identification of several mobile long-distance signal molecules involved in whole plant induction of SAR (so called priming) in Arabidopsis plants after bacterial infection made possible the chemical induction of SAR as well as the potential for practical application. However, before turning to practical application projects, in addition to Arabidopsis model plants, it is necessary to identify common and effective chemical signaling compounds in crop plants in different plant-pathogen interactions. Therefore we suggested studies on signaling of tobacco plants after induction of SAR by local necrotic viral and fungal infections, newly described and known chemical signaling molecules and abiotic stress. All of these new studies contribute to basic understandig of specific and common features of SAR induction in different plant-pathogen interactions and directly facilitate the practical elaboration of technologies of whole plant immunity model in crop plants.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Ádám, A.L., Nagy, Z.Á., Viczián, O.: Systemic Immunity in Plants: Biochemical Signals and the Challenge for Practical Application., EC Agriculture 5(2), 57-60, 2019 | | Nagy, Z. Á., Jung, A., Varga, Z., Kátay, G., Ádám, A. L.: Effect of artificial light conditions on local and systemic resistance response of tobacco to TMV infection., Notulae Botanicea Horti Agrobotanici Cluj-Napoca 45, 270–275., 2017 | | Albert, R., Künstler, A., Lantos F., Ádám, A.L., Király, L.:: Graft-transmissible resistance of cherry papper (Capsicum annuum var. cerasiforme) to powdery mildew is associated with elevated superoxide accumulation, NADPH oxidase ac, Acta Physiologiae Plantarum 39:53 https://doi.org/10.1007/s11738-017-2353-5, 2017 | | Nagy, Z.Á., Jung, A., Varga, Zs., Kátay, Gy., Ádám, A.L.:: Effect of artificial light conditions on local and systemic resistance response of tobacco to TMV infection, Notulae Botanicae Horti Agrobotanici 45(1): 270-275. DOI:10.15835/nbha45110751, 2017 | | Nagy ZÁ, Kátay Gy, Gullner, G, Király L, Ádám AL: Azelaic acid accumulates in phloem exudates of TMV-infected tobacco leaves, but its application does not induce local or systemic resistance against selected viral and ba, Acta Physiologiae Plantarum, 39(1): 9 DOI 10.1007/s11738-016-2303-7, 2017 | | Albert, R., Künstler, A., Lantos F., Ádám, A.L., Király, L.:: Graft-transmissible resistance of cherry papper (Capsicum annuum var. cerasiforme) to powdery mildew is associated with elevated superoxide accumulation, NADPH oxidase ac, Acta Physiologiae Plantarum 39:53 https://doi.org/10.1007/s11738-017-2353-5, 2017 | | Ádám, A.L., Nagy, Z.Á., Kátay, G., Mergenthaler, E., Viczián, O.: Signals of systemic immunity in plants: progress and open questions., International Journal of Molecular Sciences 19(4), 1146. https://doi.org/10.3390/ijms19041146, 2018 | | Nagy, Z.Á., Kátay, Gy., Gullner, G., Király, L., Ádám, A.L.: Azelaic acid accumulates in phloem exudates of TMV-infected tobacco leaves, but its application does not induce local or systemic resistance against selected viral and bacterial pathogens, Acta Physiologiae Plantarum, 39(1): 9 DOI 10.1007/s11738-016-2303-7, 2017 | | Juhász, Cs., Tóbiás, I., Ádám, A. L., Kátay, Gy. Gullner, G.: Pepper 9- and 13-lipoxygenase genes are differentially activated by two tobamoviruses and by hormone treatments., Physiological and Molecular Plant Pathology 92, 59–69., 2015 | | Nagy ZÁ, Kátay Gy, Gullner G, Ádám AL: Evaluation of TMV lesion formation and timing of signal transduction during induction of systemic acquired resistance (SAR) in tobacco with a computer-assisted method., In: Shanker AK, Shanker C (eds) Biotic and abiotic stress–recent advances and future perspectives.Intech, Rijeka, pp. 363–372, 2016 | | Ádám AL, Nagy ZÁ: A szisztemikus szerzett rezisztencia szignálátvitele: eredmények és kihívások. (Signal transduction of systemic acquired resistance: results and new challenges.), Növényvédelem (Plant Protection) 77: 435-461., 2016 | | Nagy ZÁ, Kátay Gy, Gullner, G, Király L, Ádám AL: Azelaic acid accumulates in phloem exudates of TMV-infected tobacco leaves, but its application does not induce local or systemic resistance against selected viral and ba, Acta Physiologiae Plantarum, 39(1): 9 DOI 10.1007/s11738-016-2303-7, 2017 | | Juhász, Cs., Tóbiás, I., Ádám, A. L., Kátay, Gy. Gullner, G.: Pepper 9- and 13-lipoxygenase genes are differentially activated by two tobamoviruses and by hormone treatments., Physiological and Molecular Plant Pathology 92, 59–69., 2015 | | Albert, R., Künstler, A., Lantos F., Ádám, A.L., Király, L.: Graft-transmissible resistance of cherry pepper (Capsicum annuum var. cerasiforme) to powdery mildew is associated with elevated superoxide accumulation, NADPH oxidase activity and pathogenesis-related gene expression, Acta Physiologiae Plantarum 39:53 https://doi.org/10.1007/s11738-017-2353-5, 2017 | | Nagy, Z.Á., Kátay, Gy., Gullner, G., Ádám, A.L.: Evaluation of TMV lesion formation and timing of signal transduction during induction of systemic acquired resistance (SAR) in tobacco with a computer-assisted method., In: Shanker, A.K., Shanker, C. (eds), Biotic and Abiotic Stress–Recent Advances and Future Perspectives. InTech, London, UK, pp. 363–372., 2016 | | Ádám, A.L., Nagy, Z.Á.: A szisztemikus szerzett rezisztencia szignálátvitele: eredmények és kihívások. (Signal transduction of systemic acquired resistance: results and new challenges.), Növényvédelem (Plant Protection) 77: 435-461., 2016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
