 |
Endofiton-növény interakciók vizsgálata metabolomikai eszközökkel tormában
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
112374 |
| típus |
PD |
| Vezető kutató |
Gonda Sándor |
| magyar cím |
Endofiton-növény interakciók vizsgálata metabolomikai eszközökkel tormában |
| Angol cím |
Study of endophyte-plant interactions with metabolomic techniques in horseradish |
| magyar kulcsszavak |
endofiton, metabolomika, természetes vegyületek, tormagyökér, funkcionális élelmiszer, CE-MEKC, LC-MS-MS, növénykémia |
| angol kulcsszavak |
endophyte, metabolomics, natural products, horseradish root, functional food, CE-MEKC, LC-MS-MS, phytochemistry |
| megadott besorolás |
| Növénykórtan, molekuláris növénykórtan (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 80 % | | Analitikai kémia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 20 % | | Ortelius tudományág: Műszeres analitika |
|
| zsűri |
Komplex agrártudomány |
| Kutatóhely |
TTK Növénytani Tanszék (Debreceni Egyetem) |
| projekt kezdete |
2014-09-01 |
| projekt vége |
2017-08-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
8.880 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
2.10 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás fő célkitűzése endofitikus gombák karakterizálása és hatásuk vizsgálata a bioaktív vegyületekre – a metabolomra – egy funckionális táplálékban és gyógynövényben, a tormagyökérben.
Az endofitonok – a növények belsejében, azokkal kölcsönösen hasznos kölcsönhatásban élő mikroogranizmusok – kiváló forrásai a bioaktív természetes vegyületeknek, intenzív kutatás alatt álló, nagyon ígéretes élőlénycsoportnak tekinthetők. A növényi metabolomra való hatásuk ennek ellenére jórészt ismeretlen, bár korábbi munkáink alapján igen jelentős lehet. Mivel a tormagyökér belseje kémiailag igen agresszív környezet, a benne élő endofitonok minden bizonnyal unikális sajátságokkal bírnak.
A kutatás során különböző kísérleti elrendezésekkel kívánjuk vizsgálni az endofitonok torma bioaktív vegyületekre való hatását: információt kapunk az endofitonok mirozináz aktivitásáról, glükozinolát és izotiocianát bontó képességükről és hogy milyen vegyületekkel gazdagítják a torma metabolomot. Ehhez a projektben endofitonok izolációját, azonosítását, a torma bioaktív vegyületeinek mérésére alkalmas különféle korszerű műszeres analitikai módszerek (CE-MEKC, GC-MS, LC-MS-MS) kifejlesztését és torma kivonatok, valamint a tiszta torma-hatóanyagok endofitonokkal való kezelését és vizsgálatát tervezzük.
Az endofitonok hatásával kapcsolatos adatok jelentősen hozzájárulhatnak e organizmusok jelentőségének megértéséhez, így hatásuk lehet biológiai, ökológiai, növénytermesztési és növényvédelmi szempontból is, az alapkutatáson kívül pedig a mezőgazdaság és ipar számára is alkalmazhatóak lehetnek. Az eredményekből három nemzetközi szakfolyóiratban megjelent tudományos publikáció közlését tervezzük.
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.
A kutatás alapkérdése, hogy a tormagyökérben élő endofitikus gombák hogyan járulnak hozzá a torma metabolomjához, bioaktív vegyületeinek mintázatát hogyan változtatják meg. Kiinduló hipotézisünk korábbi munkáink alapján az, hogy a tormában élő endofitikus szervezetek alapvetően képesek a metabolom megváltoztatására. A torma metabolom bioaktív vegyületeire (izotiocianátokra és prekurzoraikra, a glükozinolátokra) való hatást több kísérletes elrendezésben tervezzük vizsgálni, saját fejlesztésű, más célokra is kiválóan felhasználható módszerek felhasználásával.
A tervezett kutatás fenti hipotézist az alábbi kérdések megválaszolásával kívánja tesztelni:
Rendelkeznek-e az endofitonok a jelenleg főleg a növényhez kötött mirozináz aktivitással (képesek-e a glükozinolátokat izotiocianátokká alakítani)? Milyen más bioaktív illékony vegyületeket szabadítanak fel a torma kivonatokból az endofitikus organizmusok? Milyen metabolomikai jellegű (teljes kémiai mintázat) változásokat indukál a torma kivonatában az endofitonokkal való kezelés? Hogyan metabolizálják az endofitonok a torma fő bioaktív metabolitjait, a szinigrint és az allil izotiocianátot?
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!
Az endofitonok – a növények belsejében, a növényekkel mutualista közösségben élő mikroorganizmusok – kutatása igen ígéretes terület. E fajok számos esetben hatásos bioaktív (antimikrobiális, citosztatikus, stb.) vegyület forrásainak bizonyultak, több száz új vegyületet írtak le e élőlénycsoportból. A növények endofitonokkal való kolonizációja növeli a gazda szervezetek növekedési rátáját, valamint a betegségekkel, rovarokkal és a szárazsággal szembeni rezisztenciáját is. Bár korábbi kutatásaink alapján az endofitonok növényi metabolitokra való hatása rendkívül jelentős, a téma a fenti tények ellenére is szinte teljesen feltáratlan terület.
Jelen kutatás eredményeket szolgáltat arról, hogy milyen vegyületekkel járul hozzá a növény metabolomjához az endofitikus flóra, milyen kémiai kölcsönhatás zajlik a gazdanövény és a gomba között. A vizsgált növény, a tormagyökér esetében e metabolom különösen nagy jelentőségű vegyületei a glükozinolátok és izotiocianátok, amelyek a növényt egyúttal különféle daganatos betegségek megelőzésre és egyéb terápiás célokra alkalmas gyógynövénnyé, ill. funckionális élelmiszerré teszik. A jelenleg káposztafélékhez kötött glükozinolát – mirozináz - izotiocianát rendszer mikrobiális komponense számszerűsítésre kerülne, így megítélhető e növényekkel szimbiózisban élő gombák ökológiai szerepe a rovarokkal és betegségekkel való rezisztencia kialakulásában, tormában és más káposztafélékben. Az eredmények hatással lehetnek a tormagyökér és más növények növényvédelmére, valamint a nyersanyag feldolgozására és termékfejlesztésekre is, hosszabb távon pedig alternatív növényvédelmi stratégiák kialakításához vezethetnek.
A projekt fentieken kívül más kutatásokban és az iparban közvetlenül használható korszerű műszeres analitikai módszerek kifejlesztéséhez vezet. A kifejlesztendő CE-MEKC, GC-MS és LC-MS módszerek felhasználhatóak lesznek a glükozinolát-mirozináz-izotiocianát rendszer viszgálatához kemoökológiai munkákban, káposztafélék (Brassicaceae) kártanával kapcsolatos vizsgálatokban, valamint funckionális élelmiszer-termékek fejlesztésében és minőségbizotsításban is.
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 kutatás fő célkitűzése a növények belsejében élő, de betegséget nem okozó, ún. endofitikus gombák karakterizálása és hatásuk vizsgálata a hatóanyagok összességére egy hasznos biológiai hatásokkal rendelező, ún. funckionális táplálékban és gyógynövényben, a tormagyökérben. Az endofitonok növényi természetes vegyületekre, hatóanyagokra való hatása, a növénnyel történő kémiai szintű interakció jórészt ismeretlen, bár korábbi munkáink alapján igen jelentős is lehet. A torma endofitonjairól nincs információ, így a torma bioaktív vegyületeire való hatásukról sem. Mivel a tormagyökér belseje kémiailag igen agresszív környezet, a belsejében élő endofitikus gombák minden bizonnyal biokémiailag nagyon különlegesek.
Az endofitonok torma hatóanyagokra való hatását különböző kísérletekben kívánjuk vizsgálni. Ehhez a projektben endofitonok megtisztítását, azonosítását, a torma hatóanyagainak mérésére alkalmas különféle műszeres analitikai módszerek kifejlesztését, és torma kivonatok, valamint a tiszta torma-hatóanyagok endofitonokkal való kezelését és vizsgálatát tervezzük. Az alkalmazni kívánt módszerek a legkorszerűbb, elfogadott technológiák.
A munka eredményeit nemzetközi tudományos publikáció formájában kívánjuk közölni.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The main goal of the research project is characterization of endophytes, and evaluation of their effects on the bioactive constituents – the metabolome – in a functional food and medicinal plant, horseradish.
Endophytes –microorganisms living inside plants in a mutualistic interaction– are excellent sources of bioactive natural products, and are a promising group of organisms under intensive research. Despite these facts, their effects on the plant metabolome is to date almost unknown, but it is likely to be significant based on our recent results. As the horseradish root is a chemically aggressive environment, the endophytes living in it are likely to have unique properties.
In this project, we would like to test the effects of endophytes on bioactive metabolites in different experimental settings: we obtain information on endophytic myrosinase activity, their ability to decompose glucosinolates and isothiocyanates, and their contribution to the horseradish metabolome. To achieve this, we plan isolation, identification of endophytes; development of analytical methods that can quantify horseradish bioactive metabolites (CE-MEKC, GC-MS, LC-MS-MS);and treatment and analysis of pure horseradish metabolites and polar horseradish extracts with endophytes.
The data about the effects of endophytes can significantly contribute to the understanding of the role of these organisms, the results can have impact on research in biology, ecology, culturing and pest management of plants. Besides basic research, results are likely to have applications in agriculture and industry as well. From the results, publication of three articles in international scientific journals is planned.
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 main question to be answered by this research project is: How do the endophytic fungi living in the horseradish root contribute to the plant metabolome, how do they change the pattern of bioactive metabolites? Based on our recent experience, as a starting hypothesis we assume, that the endophytic organisms living in horseradish can significantly alter the metabolome. We plan to study the effects of endophytes on the bioactive constituents of the horseradish metabolome (isothiocyanates and glucosinolates) in different experimental settings.
The planned research tests this hypothesis by answering the following questions: Do the endophytes have myrosinase activity (can they convert glucosinolates into isothiocyanates)? What other bioactive volatile constituents are formed during treatment of horseradish extracts with endophytes? What metabolomic (related to full chemical pattern) changes are induced in horseradish extracts during treatment with endophytes? How do endophytes metabolize the main bioactive constituents of horseradish (sinigrin and allyl isothiocyanate)?
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.
Research of endophytes – microorganisms living inside the plant in a mutualistic interaction - is a very promising field. They were shown to be sources of metabolites with potent bioactivity (antimicrobial, citostatic, and other activities) many times. Colonization of plants by endophytes results in increased growth rate; higher resistance against pests, drought and herbivory in the host. Our former research has shown, that the effect of endophytes on the plant metabolome is severe. Despite the facts listed above, the topic remains mostly unstudied to date.
This research project would result in data about the contribution of the endophytic flora to the plant metabolome, and data on the chemical interaction between the host and the fungus. In case of the selected plant, horseradish, the chief bioactive constituents of the metabolome are glucosinolates and isothiocyanates. These natural products also make horseradish a medicinal plant and a functional food which can be used in cancer prevention and many other therapeutic applications. The results would include quantitative data on the endophytic component of the glucosinolate – myrosinase – isothiocyanate system currently linked to Brassicaceae plants. Thus, it would allow estimation of the ecological role of these fungi in resistance against herbivory and diseases in horseradish and other Brassicaceae (cabbage and relatives). The results therefore can have impact on culturing, disease and pest management in horseradish and other crops; processing of the raw materials, product developments, and might lead to development of alternative pest management strategies.
Besides the above, the project results in analytical methods, that can directly be used in other research fields and industry. The CE-MEKC, GC-MS and LC-MS methods to be developed can be used to study the glucosinolate – myrosinase – isothiocyanate system in researches about chemo-ecology, pests and herbivores of cabbage and relatives (Brassicaceae), development and quality control of functional food products.
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.
Main goal of the research is characterization of fungi living inside the plants, so-called endophytes, and assessment of the effects of endophytes on the bioactive metabolite composition in a medicinal plant and functional food having beneficial biological activities, horseradish. The effects of endophytes on plant natural products, bioactive compounds, the chemical interaction between the plant and the endophyte are unknown, but can be very significant based on our recent studies. As the inner tissue of the horseradish is an aggressive environment, endophytes being able to live in it must have unique biochemistry.
To test the effects of endophytes on the plant metabolites, different experiments are planned. Thus we plan isolation and identification of endophytes, development of methods capable of quantifying bioactive constituents of horseradish, and incubation of the endophytes with horseradish polar extracts or pure horseradish bioactive constituents. The technologies to be applied are up-to-date, accepted techniques.
The results of the studies will be published in international scientific journals.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
