Genomics of the effect of smoke derived germination cues, KAR1  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
100763
Type PD
Principal investigator Soós, Vilmos
Title in Hungarian A füst indukált csírázás genomikai analízise
Title in English Genomics of the effect of smoke derived germination cues, KAR1
Keywords in Hungarian genomika, transzkriptom, microarray, KAR1
Keywords in English genomics, transcriptomics, microarray
Discipline
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Ortelius classification: Crop protection
Crop production (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Ortelius classification: Plant cropping systems
Genomics, comparative genomics, functional genomics (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Applied Genomics Department (Centre for Agricultural Research, Hungarian Academy of Sciences)
Starting date 2012-01-01
Closing date 2015-03-31
Funding (in million HUF) 11.980
FTE (full time equivalent) 2.40
state closed project
Summary in Hungarian
Az égő vegetáció által kibocsátott füst szelekciós tényező és kémiai szignál is egyben, mely nagyban befolyásolja az egyes növények, így számos kultúrnövény csírázását is. A közelmúltban frakcionálással sikerült azonosítani a füstből az aktív butenolid vegyületet (KAR1). Ezidáig hat KAR molekulát mutattak ki és ismert egy csírázásgátló hatású vegyületet is, mely szerkezetileg nagyon hasonló a KAR1-hez. Napjainkig mindössze néhány közlemény és előzetes kísérleti eredmény áll rendelkezésünkre a karrikinek molekuláris biológiai hatásáról. Az antiKAR élettani jellemzése rámutatott, hogy ennek a komponensnek a mennyisége határozza meg a serkentő hatású molekulák hatását, és felhasználható a nyers füstoldat élettani hatásának modellezésére egyszerűbb rendszerekben. Jelen pályázat célja, hogy alaposabban megismerjük a KAR1/antiKAR hatásának molekuláris hátterét, kölcsönhatásukat egymással és hogy leírjunk egy részletes, működő modellt, amelyhez modellnövényként a salátát használjuk. A mélyreható molekuláris biológiai vizsgálódás a saját tervezésű saláta microarray chipek segítségével határozottan új utakat nyit majd az egyre jobban kutatott füst indukált csírázás és a természetes szignálmolekulák megismerésében. A projekt megmutatja azt is, hogy mi jellemzi a KAR1/antiKAR-függő jelátvitelt/transzkripciós szabályozást, és reményeink szerint meghatározza, hogy milyen irányt vegyen a jövőben ennek a rendkívül izgalmas és közvetlen hasznosíthatósággal kecsegtető jelenségnek a kutatása.
Summary
Smoke from burning vegetation is known to be an important environmental cue and numerous species including crops have shown an improved germination response to treatments using aerosol smoke or smoke-water. Fractionation of smoke-water has led to the isolation of a butenolide compound. So far, at least six analogues of the primary compound (KAR1) have been isolated and even an inhibitory compound (antiKAR) was shown to be present in smoke extract. Preliminary works on smoke action were physiological in nature, and only pilot molecular studies have been carried out. The recent characterization of the inhibitory cue antiKAR showed that this compound determines the activity of the promotory compounds and can be used in simplified model systems to simulate the effect of crude smoke. In this project proposal we will make efforts to unravel the molecular mode of action of KAR1/antiKAR interplay, and to establish a model of their action during seed germination using lettuce as a model plant. Conducting in-depth molecular biology studies using custom-made microarray will definitely add a further dimension to the emerging picture on the effect of smoke on seed germination and environmental sensing. This proposed project will substantially extends our knowledge on signalling/transcriptional regulation by KAR1/antiKAR exposure and will provide valuable insight into which aspects of smoke- and KAR1-induced germination and increased seedling vigour should be the focus of further studies.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A növények környezetükkel való kölcsönhatása alapvetően a környezet érzékeléséből és az onnan érkező stimulusokra adott válaszból áll. Jelen pályázatban nemrég leírt szignálmolekulákkal foglalkoztunk, melyeknek közös tulajdonsága a butenolid szerkezet. Ezek a butenolid típusú vegyületek, mint például a strigolaktonok, karrikinek, a TMB és ezek származékai finomhangolják a stresszválasz során, a növény felépítése, a csírázástól a magvak kifejlődéséig számos esetben aktiválódó molekuláris folyamatokat, melyek nagyban formálják a növényt és életét. Megmutattuk, hogy a butenolidok nagyon különböző módon idéznek elő változást a csírázó növények transzkriptomjában, többnyire a fény jelátvitel stimulálása révén. Kimutattuk, hogy a strigolakton receptor homológ DLK2 kulcsszereplő a butenolid jelátvitelben, és a fiatal csíranövények alacsony fényintenzitásra adott válaszának strigolakton függő szabályozásában van szerepe. A célt, hogy bepillantást nyerjünk azokba az apró történésekbe, ahogyan ezek a vegyületek működnek, teljesítettük és megnyitottuk az utat azon további kutatások számára, melyek a DLK2 és a butenolid származékok csírázásban, csíranövény fejlődésben, fényfüggő jelátvitelben valamint a növényi architektúra kialakításában betöltött szerepére fókuszálnak.
Results in English
Plants interaction with their environment substantially consist of sensing the environmental cues surrounding the plant and responding to the stimuli. In this project we focused on novel emerging signal molecules bearing a common butenolide moiety. These butenolide compounds, karrikins, TMB and eventually strigolactones, can orchestrate the molecular processes lie behind, from stress responses to plant architecture, germination to seed setting, and therefore, have a huge impact on the sequence of events shaping a plants life. We demonstrated that butenolides can induce contrasting transcriptional events during germination, mainly through light signaling. We found DLK2, the paralogue of strigolactone receptors, as a key player in strigolactone/karrikin signaling, which orchestrates strigolactone-dependent low light fluence responses in young seedlings. Our original aim to gain insight into the subtle events how these compounds work was accomplished, and we open the door for further research zoomed at the role of DLK2 and butenolide derivatives in seed germination, seedling morphology, light signaling and the regulation of plant architecture.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100763
Decision
Yes





 

List of publications

 
Ghebrehiwot H M, Kulkarni MG, Szalai G, Soós V, Balázs E, Van Staden J: Karrikinolide residues in grassland soils following fire: Implications on germination activity, South African Journal of Botany, 88, 419-424., 2013
Cseh A, Soos V, Rakszegi M, Turkosi E, Balazs E, Molnar-Lang M: Cseh A, Soos V, Rakszegi M, Turkosi E, Balazs E, Molnar-Lang M, Annals of Applied Biology, 163(1):142-150., 2013
Karsai I, Igartua E, Casas A M, Kiss T, Soós V, Balla K, Bedő Z, Veisz O.: Developmental patterns of a large set of barley (Hordeum vulgare) cultivars in response to ambient temperature, Annals of Applied Biology, 162):309-323., 2013
Soós V, Sebestyén E, Posta M, Light ME, Kohout L, Van Staden J and Balázs E (2012): Molecular aspects of the antagonistic interaction of smoke-derived butenolides on the germination process of Grand Rapids lettuce achenes, New Phytologist 196(4):1060-73., 2012
Ghebrehiwot H M, Kulkarni MG, Szalai G, Soós V, Balázs E, Van Staden J: Karrikinolide residues in grassland soils following fire: Implications on germination activity., 88, 419-424., 2013
Majláth I, Szalai G, Soós V, Sebestyén E, Balázs E, Vanková R, Dobrev P, Tari I, Tandori J, Janda T: Effect of light on the gene expression and hormonal status of winter and spring wheat plants during cold hardening, Physiologia Plantarum DOI: 10.1111/j.1399-3054.2012.01579.x, 2012
Pál M, Kovács V, Szalai G, Soós V, Ma X, Liu H, Mei H, Janda T: Salicylic Acid and Abiotic Stress Responses in Rice. Journal of Agronomy and Crop Science, DOI: 10.1111/jac.12037, 2013
Vilmos Soós, Attila Végh, Timea Kiss, Martin Posta, Heqiang Huo, Mohan Niroula, Fei-Yian Yoong, Kent Bradford, Ervin Balázs: The role of TMB, a karrikin-related butenolide, in controlling seed germination., Proceedings of the 11th Conference of the International Seed Science Society (ISSS), 15-20 September 2014, Changsha, China., 2014
Soós Vilmos, Végh Attila, Kiss Timea, Balázs Ervin: Egy új növényi hormon diadalútja (The triumph of a new plant hormone), In Hungarian with English summary In: Paál Árpádtól a molekuláris növénybiológiáig p 47-50 ISBN 978-963-284-561-6, 2014
Soós V, Sebestyén E, Posta M, Light ME, Kohout L, Van Staden J and Balázs E: Molecular aspects of the antagonistic interaction of smoke-derived butenolides on the germination process of Grand Rapids lettuce achenes, New Phytologist 196(4):1060-73., 2012
Soós V, Sebestyén E, Posta M, Light ME, Kohout L, Van Staden J and Balázs E (2012): Molecular aspects of the antagonistic interaction of smoke-derived butenolides on the germination process of Grand Rapids lettuce achenes, New Phytologist 196(4):1060-73., 2012




Back »