Functional characterization of genes and promoters identified in strawberry fruit development  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101195
Type K
Principal investigator Kiss, Erzsébet
Title in Hungarian A szamóca gyümölcsfejlődése során azonosított gének és promotereik funkcionális jellemzése
Title in English Functional characterization of genes and promoters identified in strawberry fruit development
Keywords in Hungarian Szamóca, érés-specifikus gének, promoterek
Keywords in English Strawberry, ripening-related genes, promoters
Discipline
Plant biotechnology (Council of Complex Environmental Sciences)70 %
Horticulture (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Ortelius classification: Gardening
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Genetikai, Mikrobiológiai és Biotechnológiai Intézet (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants Debreceni, Diána
Kovács, László
Makovecz-Tóth, Zsófia
Szőke, Antal
Starting date 2012-04-01
Closing date 2016-03-31
Funding (in million HUF) 18.000
FTE (full time equivalent) 4.38
state closed project
Summary in Hungarian
A gyümölcsök érése, akár utóérő, akár nem-utóérő gyümölcsről van szó, olyan univerzális jelenségeket foglal magába, mint a sejtfal szerkezetének megváltozása, az íz és aroma összetevők minőségi és mennyiségi módosulása, méret és színváltozás, ami mindenképpen jelentős génexpressziós változások eredménye. A klimaktérikus gyümölcsök érési mechanizmusa már jól ismert etilén-függő folyamat, ugyanakkor a nem klimaktérikus gyümölcsök, így a projektben szereplő szamóca esetében is, az érés molekuláris háttere kevésbé ismert. Korábbi kísérleteinkben, 130 cDNS-AFLP transzkriptum szekvenálása alapján azonosítottuk a szamóca gyümölcs fejlődéséhez és éréséhez addig nem kapcsolt basic helix-loop-helix (bHLH), és SPIRAL-szerű (like) géneket (Arabidopsisban SPATULA és SPIRAL gén). Különböző érési állapotú gyümölcsből RT-PCR-rel izoláltuk az etilén-bioszintézis kulcsgénjeit az ACC-szintázt és –oxidázt. Célunk a SPATULA, SPIRAL gének és promotereinek, illetve az ACC-szintáz és –oxidáz gének promotereinek funkcionális jellemzése a szamóca érésében betöltött szerepük tisztázása végett. Mindehhez különböző vektorkonstrukciókat állítunk elő, növényt transzformálunk, promotereket izolálunk, deléciós promoter-riportergén konstrukciókat hozunk létre a génexpressziós változásokat qRT-PCR és hisztokémiai elemzéssel vizsgáljuk. Tervezzük továbbá Arabidopsis SPATULA- és SPIRAL mutánsokon komplementációs teszt elvégzését, valamint a SPIRAL gén esetében RNS interferencián alapuló géncsendesítést .
Summary
Fruit development and ripening are complex biochemical processes occurring in a well-defined order under the control of a large set of ripening-specific genes leading to changes in size, texture, pigmentation, taste and aroma. These changes are common both is climacteric and non-climacteric fruits, however the mechanism of non-climacteric maturation is less understood. In our earlier work candidate genes involved in non-climacteric strawberry fruit development and ripening were identified with cDNA-AFLP and RT-PCR method. Among the 130 transcript-derived fragments novel genes were found so far not associated with strawberry ripening such as a basic helix-loop-helix and a SPIRAL-like gene (in Arabidopsis SPATULA and SPIRAL). Ethylene biosynthetic ACC-synthase and -oxidase sequences, with well-known functions in climacteric fruits, but less characterized in non-climacteric, were also isolated these promoter sequences. Our aim is to functionally characterize the SPATULA, SPIRAL genes and four promoters (SPATULA, SPIRAL, ACC-synthase and -oxidase), to clarify their role in strawberry ripening. For this purpose vector construction, plant transformation, promoter isolation, preparation of constructs harbouring deleted promoters+reporter genes, gene expression analyses by qRT-PCR and histochemical assays will be applied. We plan to carry out complementation tests using Arabidopsis spatula and spiral mutants, and RNAi based silencing of strawberry SPIRAL gene.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Funkcionálisan elemeztük: a bHLH transzkripciós faktort kódoló SPATULA, a sejtnövekedésben működő SPIRAL géneket (FvSPT, FvSPR1,2), az etilén bioszintézis kulcsenzimének, az ACC-szintáznak (FvACS1-5), az etilén és a poliamin reakcióút közös prekurzorát termelő SAM-szintáznak (FvSAMS1) és a poliamin bioszintézisben/metabolizmusban működő enzimeknek a génjeit (SAM-dekarboxiláz, spermidin- és spermin-szintáz, SAH-hidroláz), a SAM-ot igénylő lignin és nikotin szintéziséért felelős cinnamil-alkohol dehidrogenázt (CAD) és putreszcin N-metiltranszferázt (PMT) kódoló géneket. Mindehhez géneket izoláltunk, promoter-riportergén vektorokat hoztunk létre, növényt transzformáltunk, génexpressziót vizsgáltunk qRT-PCR-rel, hisztokémiai és konfokális mikroszkópos elemzéssel. I. Arabidopsis spatula és spiral mutánsokat a szamócából izolált génekkel transzformálva fenotípusos elemzéssel bizonyítottuk, hogy az FvSPT és az FvSPR2 komplementálta az Atspt és Atspr2 mutációkat. II. A szamóca érése során q-RT-PCR-rel megmértük, hogy a FvACS1,2 FaSAMS1,3, a FaSAMDC3, az FvADC és FaSPDS a zöld, az ACS3,4 a rózsaszín, míg a SAMDC1 a piros gyümölcsben expresszált a legmagasabb szinten. III. A FvSAMS1 és FvSAMDC1 gének túlexpresszáltatása Nicotiana benthamianában fokozta a sótűrést, ami biomassza-termelésben, nagyobb klorofill- és lignin-tartalomban, csökkent ROS mennyiségben nyilvánult meg. Meghatároztuk a SAMS1 és SAMDC1 fehérjék stresszfüggő nukleocitoplazmás eloszlását.
Results in English
We functionally characterized the following genes: SPATULA encoding bHLH transcription factor, SPIRAL operating in cell growth, ACC-synthase, -oxidase encoding the key enzymes of ethylene biosynthesis, SAM-synthase producing the common precursor of ethylene and polyamine (PA) pathway, genes of PA synthesis (SAM-decarboxylase, spermidin-, spermine-synthase, SAH-hydrolase), cynnamil-alcohol dehydrogenase and putrescine N-methyltransferase. For this we isolated genes, builded promoter-reporter vectors, transformed plants, analyzed expression by qRT-PCR, histochemical staning and confocal microscopy. Phenotypic observations of the transformants proved that FvSPT and FvSPR2 strawberry genes complemented the missing function of Atspt és Atspr2 in Arabidopsis. q-RT-PCR expression data in strawberry showed (except FaACS4, FaSAMS2, FaSAMDC1 and FaSAMDC2) decreasing tendency in the expression of of ethylene and PA biosynthetic genes during ripening. The increase of the transcription of the FaACS1-4 and FaACO1-4 genes in the pink fruits indicates that ethylene might act as a signal molecule for the accumulation of secondary metabolites (e.g. anthocyanins) at later stages of ripening. Overexpressing of the FvSAMS1 and FvSAMDC1 genes in Nicotiana benthamiana enhanced the salt stress tolerance manifesting itself e.g. in biomass production, higher chlorophyll and lignin content, reduced ROS amount. We determined the stress dependent nulecytoplasmic localization of SAMS1 and SAMDC1 proteins.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101195
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kovács L., Mendel Á., Kiss E. 2015.: A málna (Rubus idaeus L.) és a fekete eper (Morus nigra L.) spermidin szintáz gén szekvenciájának meghatározása, Kertgazdaság, 2 (in press), 2015
Kovács L., Mendel Á., Tóth Sz., Szentgyörgyi A., Kiss E., Toldi O.: A szeneszcencia indukciója és késleltetése a poliamin/etilén arány változtatásával transzgénikus Nicotiana benthamiana növényekben., XXI. Növénynemesítési Tudományos Napok Összefoglalók, Martonvásár, 2015. március 11-12. ISBN: 978-963-8351-43-2. p.96., 2015
Tóth Sz., Kovács L., Mendel Á., Szentgyörgyi A., Kiss E., Toldi O. 2015.: A poliamin (PA) lebontásban résztvevő heterológ PA-oxidáz növeli a stressz-érzékenységet transzgénikus dohányban a PA-szint csökkentése nélkül., XXI. Növénynemesítési Tudományos Napok Összefoglalók, Martonvásár, 2015. március 11-12. ISBN: 978-963-8351-43-2. p.4, 2015
Kovács L., Mendel Á., Tóth Sz., Szentgyörgyi A., Kiss E. and Toldi O.: Increased SAM pool and PA/Ethylene ratios in transgenic Nicotiana benthamiana plants resulted in marked changes in salt tolerance, protein content and biomass production, Hungarian Molecular Life Sciences 2015: Eger, 2015. március 27-29.: Összefoglalók: P-142, ISBN: 978-615-5270-15-4., 2015
Tóth Sz., Kovács L., Mendel Á., Szentgyörgyi A., Kiss E., Toldi O. 2015.: Overexpression of a heterologous polyamine oxidase, involved in polyamine catabolism, activates both necrotic and vacuolar programmed cell death in tobacco, Hungarian Molecular Life Sciences 2015: Eger, 2015. március 27-29.: Összefoglalók: O-054, ISBN: 978-615-5270-15-4., 2015
Mendel Á., Kovács L., Szentgyörgyi A., Ercisli S., Fekete S., Posta K., Kiss E.: Expression patterns of ethylene and polyamines biosynthetic genes during fruit ripening in strawberry, submitted, 2018
Hidvégi N., Gulyás A., Kiss E.: Nicotiana tabacum modellnövény Spatula és spiral génjeinek csendesítése hpRNS konstrukcióval, XXII. Növénynemsítési tudományos Nap, 2016. március 10. MTA, Budapest. Összefoglalók, p. 86, 2016
Kovács László, Mendel Ákos, Szentgyörgyi Anna, Kiss Erzsébet: Overexpression of Fragaria vesca SAM-synthase1 and SAM-decarboxylase1 proteins in Nicotiana benthamiana, Fiatal Biotechnológusok Országos konferenciája; FIBOK 2016 Program és összefoglalók, p. 93, 2016
Hidvégi Norbert, Gulyás Andrea, Tarczy Dávid, Kiss Erzsébet: Functional analysis of SPATULA (FVSPT) and SPIRAL (FVSPR) ripening -related genes and and promoters of Fragaria vesca ÉS PROMÓTEREIK FUNKCIONÁLIS JELLEMZÉSE, Fiatal biotechnológusok Országos Konferenciája " FIBOK 2016" Program és összefoglalók, p. 43., 2016
Szentgyörgyi Anna, Mendel Ákos, Kovács László,Kiss Erzsébet: A szamóca S-adenozil-L-metionin szintáz (SAMS) enzimet kódoló gén expressziójának vizsgálata és a SAMS fehérje lokalizációjának meghatározása, XXIII. Növénynemesítési Tudományos Nap. Összefoglalók. p. 147. ISBN 978-963-8351-44-9., 2017
Kovács L, Mendel á, Szentgyörgyi A, Fekete S, Söre F, Posta K, Kiss E: Comparative analysis of overexpressed Fragaria vesca S-adenosyl-L-methionine synthase (FvSAMS) and decarboxylase (FvSAMDC) during salt stress in transgenic Nicotiana benthamiana, submitted, 2018
Hidvégi N, Gulyás A, Posta K, Kiss E: Functional analysis of strawberry „SPATULA” (FVSPT) and „SPIRAL” (FVSPR) genes based on complementation test in Arabidopsi, in preparation, 2018
Mendel Ákos, Kovács László, Hídvégi Norbert, Kiss Erzsébet: A szamóca poliamin metabolizmusában működő gének promótereinek izolálása és jellemzése, XIX. Növénynemesítési Tudományos Nap. Összefoglalók. p. 118. ISBN 978-963-9639-50-8, 2013
Ákos Mendel, László Kovács, Norbert Hídvégi, Erzsébet Kiss: Isolation and characterization of promoters of genes involved in polyamine metabolism in strawberry, Hungarian Molecular Life Sciences 2013. Siófok 5-7 April 2013. Book of Abstracts, P-074 ISBN 978-615-5270-02-4., 2013
Ákos Mendel, László Kovács, Norbert Hídvégi, Erzsébet Kiss: Isolation and characterization of promoters of genes involved in polyamine metabolism in strawberry, Hungarian Molecular Life Sciences 2013. Siófok 5-7 April 2013. Book of Abstracts, P-074 ISBN 978-615-5270-02-4., 2013
Hidvégi N., Kovács L., Szőke A., Gulyás A., Heszky L., Kiss E.: A szamóca SPATULA gén (FaSPT) funkcionális elemzése komplementációs teszttel., Gazdálkodás és Menedzsment Tudományos Konferencia, „Környezettudatos gazdálkodás és menedzsment” II. kötet, 935-939. Kecskeméti Főiskola, Kecskemét, 2013. szeptember 05., 2013
Mendel Á., Kovács L., Hidvégi N., Kiss E: A szamóca poliamin metabolizmusában működő SSam-sy1 gén promótereinek izolálása és jellemzése, Gazdálkodás és Menedzsment Tudományos Konferencia, „Környezettudatos gazdálkodás és menedzsment” I. kötet, 208-212. Kecskeméti Főiskola, Kecskemét, 2013. szeptember 05. E, 2013
Mendel Á., Kovács L., Hídvégi N., Kiss E.: A szamóca poliamin metabolizmusában működő gének promótereinek izolálása és jellemzése, XIX. Növénynemesítési Tudományos Nap Összefoglalók. Keszthely, 2013. március 07. ISBN 978-963-9639-50-8, 2013
Kovács L., Mendel Á., Tóth Sz., Szentgyörgyi A., Kiss E.: Fragaria vesca SAM DC1 gén funkcionális jellemzése, Növénynemesítés a megújuló mezőgazdaságban. XX. Növénynemesítési Tudományos Nap, Budapest, 2014. március 18. ISBN: 978-963-8351-42-5 p. 254-258, 2014
Hidvégi N., Gulyás A., Kerti B., Kiss E.: Komplementációs teszttel vizsgált szamóca spatula (Faspt) gén funkcionális jellemzése, Növénynemesítés a megújuló mezőgazdaságban. XX. Növénynemesítési Tudományos Nap, Budapest, 2014. március 18. ISBN: 978-963-8351-42-5 p.190-194, 2014
Mendel Á., Kovács L., Szentgyörgyi A., Tóth Sz., Kiss E: Fragaria vesca S-adenozilmetionin szintáz gén (SAM-Sy) funkcionális jellemzése, Növénynemesítés a megújuló mezőgazdaságban. XX. Növénynemesítési Tudományos Nap, Budapest, 2014. március 18. ISBN: 978-963-8351-42-5 p. 299-303, 2014




 

Events of the project

  
2012-12-06 18:39:55
Résztvevők változása



Back »