|
 |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
91276 |
| típus |
K |
| Vezető kutató |
Halász Júlia |
| magyar cím |
A poliploid gyümölcsfák termésbiztonságát befolyásoló néhány gén és génjelölt vizsgálata |
| Angol cím |
Analysis of genes and candidate genes contributing to crop reliability of polyploid Prunus fruit trees |
| magyar kulcsszavak |
CBF, NAC, önmeddőség, Prunus, termésbiztonság, transzkripciós faktor, virágzás |
| angol kulcsszavak |
CBF, crop reliability, flowering, NAC, Prunus, self-incompatibility, transcription factor |
| megadott besorolás |
| Növényi génbanki alapkutatások (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 100 % |
|
| zsűri |
Növénytermesztés, állattenyésztés |
| Kutatóhely |
_SZIE / Genetika és Növénynemesítés Tanszék (Budapesti Corvinus Egyetem) |
| résztvevők |
Benyóné György Zsuzsanna
Gutermuth Ádám
Hegedűs Attila
Pállinger Éva
Pedryc Andrzej
Soltész Alexandra
Vágújfalvi Attila
|
| projekt kezdete |
2015-01-01 |
| projekt vége |
2018-12-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
2.777 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
5.17 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A csonthéjas gyümölcsfák termésbiztonsága környezeti tényezőktől és genetikailag meghatározott mechanizmusoktól függ. Három jelentős tulajdonság ebből a szempontból az önmeddőség, a rügyfakadás és a gyümölcsérés ideje. A legtöbb információ a diploid fajokra korlátozódik (őszibarack, mandula, cseresznye), míg a hazánkban gazdasági szempontból a csonthéjas gyümölcsfák közül a tetraploid meggy és a hexaploid európai szilva a legjelentősebb fajok. Kutatásaink során az önmeddőség/öntermékenyülés hátterében álló poliallélikus S-lókusz S-RN-áz és SFB génjeit jellemezzük, valamint elvégezzük a nyugalmi időszakot és a rügypattanás idejét befolyásoló CBF gének azonosítását. Vizsgáljuk az érésidőt az őszibarackban feltehetően meghatározó NAC transzkripciós faktort kódoló gént más Prunus fajokban. Munkánk eredményeként számos új S-allélt azonosítunk, új, öntermékenyülést okozó mutációkat írunk le, valamint teszteljük a tetraploid meggy öntermékenyülésére megalkotott, a funkcióképtelen haplotípusok felhalmozódására vonatkozó modellt a hexaploid szilva esetében. Meghatározzuk a Prunus fajok néhány CBF génhomológjának szekvenciáját, elvégezzük strukturális és filogenetikai jellemzésüket. A génjelölteknek a rügypattanást megelőző időszakra jellemző expressziós mintázatuk alapján értékeljük, milyen szerepük lehet a mélynyugalom kialakulásában, feloldásában. Kimutatjuk, hogy lehet-e szerepe a NAC génnek a gyümölcsérésben az őszibarackon kívül más Prunus fajokban is. Ráadásul a gének, génjelöltek elemzése e gazdaságilag fontos tulajdonságok molekuláris hátterén kívül a fajok kultúrevolúciós kapcsolatairól is számos információval gazdagíthatja a gyümölcsfákra vonatkozó biológiai ismereteket.
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.
Kísérleteinket a gyümölcsfák három gazdaságilag is jelentős tulajdonságának vizsgálatára összpontosítjuk.
I. Alig néhány meggy- és európai szilvafajta S-genotípusát ismerjük. Magyarországon mindkét fajt széles körben szaporították hosszabb időn át ivaros úton, ezért jelentős, genetikailag változatos növényanyag áll rendelkezésünkre a vizsgálatokhoz. Kutatásunk három fő kérdés köré szerveződik: hány új S-allél azonosítható, milyen mutációk állhatnak az öntermékenyülés hátterében, a tetraploid meggy esetében leírt, az öntermékenyülést magyarázó modell igaz-e a hexaploid szilva esetében is?
II. A virágzási idő jelentős tényező, mivel valamennyi csonthéjas gyümölcsfa kora tavasszal nyílik, amikor a tavaszi fagyok károsíthatják virágaikat. A CBF transzkripciós faktorokat kódoló gének szerepe felvetődött a nyugalmi időszak és a rügyfakadás szabályozásában. A Prunus fajoknál is intenzív kutatás indult, amihez az általunk felvetett kérdésekre adott válaszok fontos kiegészítést adhatnak: van-e jelentős szerepe a CBF géneknek a korábban nem vizsgált kajszi és a poliploid fajok esetében is? A különböző virágzási idejű fajták CBF génexpressziójában tetten érhető-e a különbség?
III. A közelmúltban őszibarackban azonosítottak egy NAC transzkripciós faktort kódoló gént, ami feltehetően hatással van az érésidő kialakítására. A következő kérdésekre keressük a választ: van-e szekvenciakülönbség az extrém korai illetve kései érésű fajta NAC génjében? A NAC gén más Prunus fajokban is befolyásolhatja az érésidőt?
A legfontosabb, összekötő szál a csonthéjas gyümölcsfák termésbiztonságát befolyásoló genetikai háttér megismerése.
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 csonthéjas gyümölcsfák termésbiztonsága a környezeti tényezőktől és genetikailag meghatározott mechanizmusoktól függ. A legfrissebb genetikai és genomikai vizsgálatok során több olyan gént, génjelöltet azonosítottak, melyeknek szerepük lehet a termésbiztonság kialakításában. Munkánk az alábbi perspektívákat kínálja:
A meggy legtöbb S-haplotípusát néhány, az USA-ban termesztett, magyar meggyfajtából írták le. Mind a mai napig csak kevés szilva S-RN-áz és SFB allélt ismerünk. Mivel mindkét faj nagy genetikai variabilitást mutat hazánkban, ez kiváló alapot biztosít újabb funkcióképes és funkcióját veszített S-haplotípusok azonosítására. A poliploid fajok S-alléljait feltételezett diploid szülőfajaik alléljaival vetjük össze. A termékenyülési fenotípus megismerésén túl (gyakorlati jelentőségű eredmény), eredményeink segíthetnek a P. domestica régóta vitatott eredetének tisztázásában. Megtudhatjuk, hogy a tetraploid meggy esetében leírt, az öntermékenyülést magyarázó modell igaz-e a hexaploid szilva esetében is. Mindez alapvetően hozzájárul a Prunus fajok önmeddőségét kialakító molekuláris rendszer megértéséhez.
A közelmúltban CBF géneket cseresznyéből, mandulából és őszibarackból is azonosítottak. Homológia-alapú génazonosítással kajszi, meggy és szilva CBF szekvenciákat tervezünk meghatározni. A több paralóg kópiával rendelkező poliploid fajok CBF szekvencia-variációit értékeljük. A Prunus CBF gének evolúciós kapcsolatát strukturális és filogenetikai elemzéssel támasztjuk alá. A CBF gének fiziológiai szerepét génexpressziós vizsgálatukkal erősítjük meg.
Az őszibarack egy NAC génjében azonosított inszerciós/deléciós eseményről kimutatták, hogy befolyásolja a gyümölcsérés idejét. Egy extrém kései érésű magyar fajta vizsgálatával ellenőrizzük ezt a feltételezést. Más Prunus fajokból is megpróbálunk homológ szekvenciákat azonosítani. A szekvenciaeltérések és érésidők összevetésével eldönthető lesz, hogy a génnek lehet-e szerepe más Prunus fajokban is az érésidő befolyásolására. Ha igen, a gén jól használható molekuláris markerfejlesztésre. A hazánkban rendelkezésre álló, értékes genetikai alapok segítik, hogy érdemben hozzájáruljunk a csonthéjas gyümölcsfákkal kapcsolatos legfrissebb biológiai kutatásokhoz.
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 csonthéjas gyümölcsfák termésbiztonsága a környezeti tényezőktől és genetikailag rögzített tulajdonságoktól függ. Az elmúlt években a kutatások középpontjába három fő tulajdonság került, melyeknek döntő szerepe van a gazdaságilag kielégítő termésmennyiség kialakulásában: az öntermékenyülési képesség, a virágzási idő és az érésidő. Míg a legtöbb információ az őszibarack, mandula és cseresznye fajokra korlátozódik, a magyar gyümölcstermesztési ágazatban gazdasági szempontból a meggy és a szilva kiemelt jelentőségű. Ez utóbbi fajok poliploidok, vagyis kromoszómaszámuk többszörös. A tervezett kutatás során a gyümölcsfák biológiájának három különböző területét vizsgálnánk, amelyek alapját a legújabb nemzetközi vizsgálatok és saját kutatásaink eredményei adják. A termékenyülési viszonyokat (S-RN-áz és SFB gének), a nyugalmi időszakot és a rügypattanás idejét (CBF gének) valamint az érési időt (NAC gén) meghatározó géneket és feltételezett géneket jellemezzük a két poliploid Prunus faj, illetve diploid rokon fajaik esetében. Olyan gyümölcsfajtákkal dolgozunk, melyek a vizsgált szempontból eltérő fenotípusúak: önmeddők illetve öntermékenyülők; korai illetve kései virágzásúak; gyümölcseik korán illetve későn érnek. Eredményeink alapján olyan molekuláris markereket tudnánk fejleszteni, amelyek nagyban segíthetnék a nemesítést a gyümölcsfák magonc korban történő szelekciójával, hiszen mindegyik tulajdonság csak a termőre fordulást követően értékelhető. Ugyanakkor a gének elemzése a fajok kultúrevolúciós kapcsolatairól, illetve e gazdaságilag is fontos tulajdonságok molekuláris hátteréről számos új információval gazdagíthatja a gyümölcsfákra vonatkozó biológiai ismereteinket.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Crop reliability of stone fruit species depends on external factors and genetically controlled mechansims. Among such, sexual incompatibility, blooming date and fruit ripening time are three characters which are in the focus of current research. Scientific achievements are primarily limited to diploid Prunus species like peach, almond and sweet cherry, while information is hardly available for polyploid species. Sour cherries (tetraploid) and European plums (hexaploid) are of major economic significance in Hungary. Hence, we plan to characterize the S-RNase and SFB genes of the multiallelic S-locus that is controlling the self-(in)compatibility phenotype of fruit trees. We will also identify the CBF genes contributing to the induction and cessation of endodormancy as well as analyse the gene encoding a NAC transcription factor that has been hypothesized to influence fruit maturity date in peach. Several S-alleles and mutations inducing self-compatibility will be identified. We can be informed if the model of self-compatibility in sour cherry may also work in hexaploid plums. We carry out the structural and phylogenetic analysis of several Prunus CBF homologues. Based on the expression profile of the candidate genes over the dormant period we will evaluate their putative role in controlling dormancy. We detect whether NAC genes may also control fruit maturity in other Prunus similarly to peach. In addition, analysis of the mentioned genes and candidate genes will allow shedding light on crop evolution of Prunus species and widen our knowledge on the biology of fruit trees besides providing information on the genetic background of some economically important characters.
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.
We focus our research on three widely studied characters of major economical importance:
I. Only a few our cherry and European plum cultivars have been S-genotyped. Both species have been long seed-propagated in Hungary and hence great genetic variability is available for our study. Our analysis will be focused around three main questions: how many new S-alleles do exist in the Hungarian germplasm; what types of mutations induce self-compatibility in novel source cherry and plum haplotypes; is the „one-allele-match” model of tetraploid sour cherry also valid in the hexaploid European plum cultivars?
II. Blooming time is a crucial factor since most Prunus trees are characterized by early flowering date when spring frosts are frequent. The CBF transcription factor family has been shown to contribute to the timing of budbreak and the identification of CBF genes in Prunus is a recent scientific effort that can be significantly completed based on the following questions: do CBF orthologs have similar roles in a previously non-analysed diploid species, apricot and in polyploid Prunus? Do cultivars with different blooming time show different expression patterns before budbreak?
III. Very recently, a candidate gene encoding a NAC transcription factor has been suggested to determine maturity date in peach. The following questions are considered: is there any sequence variation in the NAC gene isolated from an extremely early- and late-ripening peach cultivar? Is it possible that a NAC gene also affects fruit ripening time in other Prunus species?
The basic effort is devoted to increase the knowledge on the genetic background of crop reliability for Prunus fruit trees.
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.
Crop safety is an important issue in stone fruit production determined by external and genetically controlled factors. Recent genetic and genomic efforts have identified several genes/candidate genes contributing to crop reliability. The important prospects are as follows:
Most sour cherry S-haplotypes have been described from a few Hungarian cultivars grown in the USA. Only a limited number of S-RNase and SFB alleles are known in P. domestica. Since sour cherry and plum grow abundantly in Hungary and display great genetic variability, it provides the possibility to identify further functional and non-functional S-haplotypes. The S-alleles of polyploids will be compared to the alleles of their progenitor species. Besides the clarification of the (in)compatibility phenotype (practical significance), these results may also shed light on the evolutionary origin of P. domestica, a long debated issue. S-genotyping will allow to test if the model of self-compatibility described for the tetraploid sour cherry is also valid for hexaploid plums. This will contribute to the basic understanding of the molecular background of Prunus self-incompatibility.
CBF genes have been sequenced from sweet cherry, almond and peach. Primers will be designed for homology-based gene identification in apricot, sour cherry and European plum. Sequence variations in polyploid species with several paralogous copies of the gene will be assessed. Structural and phylogenetic analysis of Prunus CBFs will be also carried out to support their evolutionary relationships. The expression pattern of the CBF genes will be informative to verify their physiological role.
An indel in a NAC gene was supposed to influence maturity date in peach. We test its role in a Hungarian cultivar with extreme maturity date. We will try to identify putative NAC genes from other Prunus species, as well. Associations between nucleotide variations and maturity date will show whether the gene has a general role in maturity date determination in the subfamily or its effect is specific to P. persica. If verified, the gene can be used for marker development. Our germplasm provides good opportunity to contribute to the most exciting and recent experiments of Prunus biology.
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.
Crop reliability of stone fruit species depends on external factors and genetically controlled features. Among such, sexual incompatibility, blooming date and fruit ripening time are three characters which are in the focus of current research activity. However, scientific achievements are limited to diploid Prunus species like peach, almond and sweet cherry while sour cherry and plum are of major economic significance in Hungary. These latter species are polyploids, e.g. containing more than two sets of chromosomes. These research areas have been chosen based on the great international attention they have drawn in recent years and our former experiences in the relevant fields. Hence, we plan to analyse the genetic background of self-compatibility (S-RNase and SFB genes), dormancy release (CBF genes) and fruit ripening time (NAC gene) in two polyploid Prunus species and their diploid relatives. Our experiments are conducted on specific cultivars having very different phenotypes for the examined trait including both self-compatible and incompatible, early- or late-blooming cultivars, as well as characterized by early or late fruit maturity dates. Our results may help to design molecular markers that which be used for selection at the seedling stage for such characters that normally can only be revealed after several years. In addition, analysis of the mentioned genes and candidate genes will allow shedding light on crop evolutionary history of fruit tree species and widen our knowledge on the biology of fruit trees besides providing information on the genetic background of some economically important features.
|
|
|
|
|
