Changes in flavonoid composition and gene expression during adaptive responses to solar irradiance (visible and UV) in various autochthonous grapevine cultivars.  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
101430
Type K
Principal investigator Jakab, Gábor
Title in Hungarian A napsugárzás látható és UV komponenseinek hatása hungarikum szőlőfajták flavonoid alapú adaptációs válaszaira molekuláris és génexpressziós szinten.
Title in English Changes in flavonoid composition and gene expression during adaptive responses to solar irradiance (visible and UV) in various autochthonous grapevine cultivars.
Keywords in Hungarian UV védelem, reaktív oxigén fajták, napsugárzási egyensúly, akklimatizáció, flavonoid, genetikai potenciál, hungarikum szőlőfajták
Keywords in English UV screening, ROS scavenger, solar radiation balance, acclimation, flavonoids, genetic potential, autochthonous grapevine cultivars
Discipline
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Horticulture (Council of Complex Environmental Sciences)30 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent UP Faculty of Science Institute of Viticulture and Oenology (University of Pécs)
Participants Boros, Borbála
Csepregi, Kristóf
Hideg, Éva
Kocsis, Marianna
Kovács, Sándor
Mátai, Anikó
Nagy, Ágnes
Teszlák, Péter
Végh, Brigitta
Starting date 2012-03-01
Closing date 2017-02-28
Funding (in million HUF) 36.694
FTE (full time equivalent) 12.79
state closed project
Summary in Hungarian
Az UV-B háttérsugárzás növekedésével kapcsolatos káros élettani hatások kutatása ahhoz a meglepő felismeréshez vezetett, hogy az ultraibolya sugárzás fontos szabályozó szereppel bír a növények növekedésében, morfológiájában és anyagcseréjében. A növényi UV-kutatásban így bekövetkezett paradigmaváltásnak megfelelően a projektjavaslatunk célja, hogy jobban megismerjük a szőlőnövény válaszreakcióit a napfény látható és UV komponenseinek változására, valamint a genetikai háttér (hungarikum szőlőfajták esetében) szerepét az alkalmazkodási folyamatban.
A növények napfényhez való alkalmazkodásának egyik fő komponensét azok a védelmi útvonalak adják, amelyek segítik a sejtekbe jutó fotoszintetikusan aktív sugárzás csökkentését, valamint kiszűrik az UV sugárzást. A levél UV védelmének legfontosabb komponensei a flavonoidok, amelyek egy része antioxidáns tulajdonsággal is bír.
A tervezett kutatásban vizsgáljuk a napfény látható és UV-B komponenseinek hatását a szőlő fotoszintézisére, morfológiájára, anyagcseréjére, a molekuláris szinttől a sejtszinten át a terméshozamig és -minőségig. Továbbá megvizsgáljuk, hogyan befolyásolják ezen válaszreakciókat további abiotikus faktorok (hőmérséklet, tápanyag- és vízellátottság), valamint a különböző fajták genetikai potenciálja. Különös hangsúlyt fektetünk a flavonoid-tartalom mennyiségi és minőségi változásaira, hiszen ezeknek a vegyületeknek fontos szerepük van az adaptív válaszok mellett a bor minőségének meghatározásában is.
Kutatásunkban a fenti tényezők kölcsönhatásait a szőlőültetvények természetes körülményei között végezzük. Fő célunk, hogy e sokirányú megközelítéssel elősegítsük a változó környezeti faktorokhoz legjobban alkalmazkodni tudó hungarikum szőlőfajták kiválasztását.
Summary
Research on increases in UV-B radiation led to the realization that ultraviolet radiation acts as an important regulator of plant growth, morphology and chemistry. Following this recent paradigm change in plant UV research, the objective of this proposal is to further develop the knowledge of grape acclimative reactions to visible and UV component of sunlight and how the genetic background (i.e. autochthonous cultivars) can influence these reactions leading to adaptive responses.
Adaptation to sunlight is maintained by an array of preventive pathways lowering incoming photosynthetically active radiation and screening UV irradiation. Leaf UV screening is maintained by flavonoids, some of these also active as ROS scavenger.
In the proposed research we will study the effect of sunlight and its UV-B component on grape photosynthesis, morphology, metabolism and chemistry at scales from molecular/cell-levels to productivity. Furthermore we will analyze how additional abiotic factors (nutrient and microelement supply, temperature, water availability) and genetic potential (cultivars) may influence the above responses with particular focus on the qualitative and quantitative changes in flavonoid content. These chemicals are of special importance in grapevine, because in addition to their participation in the plant’s acclimation to sunlight these are substantial constituents of wine quality.
The research will focus on the interplay of the above defensive and protective pathways under natural conditions in the vineyard. The aim of the project is to apply a multidisciplinary approach in screening autochthonous Hungarian grapevine cultivars for selecting optimal breeds capable of meeting future environmental challenges.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A napfény látható és ultraibolya (UV) komponenseire adott akklimációs válaszokat vizsgáltuk a szőlő két konkulta fajtacsoportja (Fehér, Változó, Piros Gohér és Furmint), valamint egy fehér (Olaszrizling) és egy kék (Pinot Noir) fajta esetében. A fényakklimációs folyamatok során a fehér fajták nagyobb anatómiai plaszticitást mutatnak, míg a piros és változó fajták polifenol tartalma magasabb volt. UV hiányában mindegyik fajta levelei kisebb mennyiségben tartalmaztak flavonoidokat és antioxidáns kapacitásuk is alacsonyabb volt. UV hatására a leggyorsabb akklimációt a Fehér Gohér mutatta. Bár a klorofill tartalom az UV hatására csökkent, a fotoszintézisbeli különbségek alapvetően a fajták közti különbségek miatt voltak. Ez elsősorban a Változó Gohér alacsonyabb fotoszintézis hozamában mutatkozik meg, ami magasabb fotokémiai kioltással járt együtt. Ugyan a Furmint fajtacsoport szárazság tűrőképessége és vízgazdálkodása gyengébb a Gohér fajtákhoz viszonyítva, de mindkét konkulta csoporton belül a Fehér fajták mutatták a stabilabb vízháztartási és fotoszintetikus ráta értékeket, ami a jobb szárazsággal szembeni akklimatizációs képességre utal. A genetikailag közeli rokon konkulták tehát nem csak a bogyóhéj színében térnek el, hanem a levelek polifenol tartalmában és antioxidáns kapacitásában, illetve a vízháztartás szabályozásában is. Ezek az eltérések erősen kihatnak a növények fényakklimatizációs folyamataira, ezért a konkulták további vizsgálata lehetőséget nyújthat e folyamatok genetikai hátterének feltárására.
Results in English
The acclimation responses to the visible and ultraviolet (UV) components of sunlight were investigated for two conculta groups of grapevines (White, Variable, Red Gohér and Furmint) as well as a white (Olaszrizling) and a red (Pinot Noir) variety. During light acclimation processes, white varieties exhibited higher anatomical plasticity, while the red and variable varieties had higher polyphenol content. In the absence of UV, leaves of each species contained less flavonoids and had lower antioxidant capacity. The fastest acclimation to UV was shown by White Gohér, however. Although the chlorophyll content decreased with UV, the differences in photosynthesis were basically due to differences among the varieties. This is mainly reflected in the lower photosynthetic yield of Variable Gohér, which resulted in a higher photochemical quenching. Although the drought tolerance and water use efficiency of the Furmint variety group is weaker than Gohér varieties, but within both concultas the White varieties showed a more balanced water use and photosynthetic rate, which suggests a better drought acclimatization capability. We found, that genetically close concultas tend to differ not only in the color of berry skin, but also in the polyphenol content and antioxidant capacity of their leaves, as well as in the regulation of water balance. The observed differences have a strong influence on light acclimation processes of grapevine plants providing an opportunity to reveal the genetic background of these reactions.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101430
Decision
Yes





 

List of publications

 
Szalontai B, Stranczinger S, Palfalvi G, Mauch-Mani B, Jakab G: The taxon specific paralogs of grapevine PRLIP genes are highly induced upon powdery mildew infection, Journal of Plant Physiology 169 (17): 1767-1775., 2012
Fischer BB, Hideg É, Krieger-Liszkay A: Production, detection and signaling of singlet oxygen in photosynthetic organisms, Antioxidants & Redox Signaling 18: doi:10.1089/ars.2012.5124, 2013
Csepregi K, Kocsis M, Hideg É: On the spectrophotometric determination of total phenolic and flavonoid contents., Acta Biologica Hungarica 64 (4): 0 (közlésre elfogadva), 2013
Csepregi K, Kocsis M, Hideg É: On the spectrophotometric determination of total phenolic and flavonoid contents., Acta Biologica Hungarica 64 (4): 500-509, 2013
Csikászné Krizsics Anna, Mátai Anikó, Nagy Ágnes, Kovács Sándor, Végh Brigitta Éva, Werner János, Jakab Gábor: Indukált rezisztencia alkalmazása a szőlő szürkerothadás és vírusfertőzés okozta kártétele mérséklésére, GEORGICON FOR AGRICULTURE 19: (1) 73-77, 2014
1. Végh B É, Mátai A, Csepregi K, Czégény G, Teszlák P, Hideg É, Jakab G: Coordinated regulation of the flavonoid biosynthesis by UV-B radiation in an autochtonous grapevine cultivar, Abstracts of the Final Network Meeting of COST Action FA0906 (UV4growth). (ISBN:978-961-6822-18-3), 2014
Hideg Éva, Jakab Gábor: Átírt ismeretek: új megvilágításban az ultraibolya fény, TERMÉSZETBÚVÁR 69:(1) pp. 12-16., 2014
Jakab Gábor, Hideg Éva: Mitől függ a szőlő polifenol-tartalma?: A színváltó gohér vallatása, ÉLET ÉS TUDOMÁNY (ISSN: 0013-6077) 68: (43) pp. 1360-1362., 2013
Végh B É, Mátai A, Csepregi K, Czégény G, Teszlák P, Hideg É, Jakab G: Coordinated regulation of the flavonoid biosynthesis by UV-B radiation in an autochtonous grapevine cultivar, Abstracts of the Final Network Meeting of COST Action FA0906 (UV4growth). (ISBN:978-961-6822-18-3), 2014
Marianna Kocsis, László Abrankó, Ferhan Ayaydin, Kristóf Csepregi, Nóra Papp, Péter Teszlák, Gábor Jakab: Main Leaf Polyphenolic Components of Berry Color Variant Grapevines and Their Acclimative Responses to Sunlight Exposure, APPLIED SCIENCES 5: (4) 1955-1969, 2015
Csepregi K, Neugart S, Schreiner M, Hideg É: Comparative evaluation of total antioxidant capacities of plant polyphenols, MOLECULES 21:(2) Paper 208. 16 p. (2016), 2016
Del-Castillo-Alonso María Ángeles, Castagna Antonella, Csepregi Kristóf, Hideg Éva, Jakab Gabor, Jansen Marcel A K, Jug Tjaša, Llorens Laura, Mátai Anikó, Martínez-Lüscher Johann, Monforte Laura, Neugart Susanne, Olejnickova Julie, Ranieri Annamaria, Schödl-Hummel Katharina, Schreiner Monika, Soriano Gonzalo, Teszlák Péter, Tittmann Susanne, Urban Otmar, Verdaguer Dolors, Zipoli Gaetano, Martínez-Abaigar Javier, Núñez-Olivera Encarnación: Environmental Factors Correlated with the Metabolite Profile of Vitis vinifera cv. Pinot Noir Berry Skins along a European Latitudinal Gradient, J AGR FOOD CHEM 64: (46) 8722-8734, 2016
Végh B É, Teszlák P, Sass L, Hideg É, Jakab G.: Investigating an unusual colour development in grape berry skins of ’Gohér’ vine., 16th Congress of the European Society for Photobiology, Aveiro, Portugal, August 31-September 4, 2015, Programme and Book of Abstracts, 16th Cong, 2015
Végh B.É, Teszlák P, Czégény Gy, Csepregi K, Mátai A, Hideg É, Jakab G.: Total exclusion of solar UV down-regulates the early steps of flavonoid biosynthesis and changes non-photochemical quenching in Vitis vinifera cv. Olaszrizling leaves., 1st Network Meeting of UV4Plants, International Association for Plant UV Research, Pécs, Hungary, 30-31 May, 2016 Abstract book p. 63. ISBN 978-963-429-048-3, 2016
Csepregi K, Kőrösi L, Hideg É, Jakab G.: The role of various polyphenol groups in sunlight acclimation of grapevine, 1st Network Meeting of UV4Plants, International Association for Plant UV Research, Pécs, Hungary, 30-31 May, 2016 Abstract book p. 48. ISBN 978-963-429-048-3, 2016
Végh B É, Teszlák P, Czégény Gy, Csepregi K, Mátai A, Hideg É, Jakab G.: Dissecting the UV-dependent and -independent acclimation responses in grapevine., Plant BiologyEPSO/FESPB 2016 Congress, Prague, Czech Republic, 26-30 June, 2016. Abstract T10:Abiotic Stress Response, ID 323, 2016
Marianna Kocsis, Ferhan Ayaydin, László Kőrösi, Péter Teszlák, Lilla Radványi, Gábor Jakab, Éva Hideg: Contrasting acclimation mechanisms of berry color variant grapevine cultivars (Vitis vinifera L. cv. Furmint) to natural sunlight conditions., Acta Physiologiae Plantarum (in press), 2017





 

Events of the project

 
2016-10-05 13:21:53
Résztvevők változása
2012-09-14 15:31:42
Résztvevők változása




Back »