Crop production (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Starting date
2006-02-01
Closing date
2009-01-31
Funding (in million HUF)
9.000
FTE (full time equivalent)
1.38
state
closed project
Summary in Hungarian
Ismert, hogy a bozóttüzek és a tarlóégetés kedvező hatással vannak bizonyos növényfélék csírázására. Élettani vizsgálatok bizonyították, hogy a magvak nyugalmi állapotának megszűnésére és a csírázási folyamatok aktiválására nem csak a tüzek okozta hő van pozitív hatással, hanem egy a növényi eredetű füstben jelenlevő komponens, a butenolide is. Bizonyított továbbá, hogy a füst csírázást elősegítő hatása nemcsak a bozóttüzektől veszélyeztetett területek növényeiben tapasztalható, hanem jó néhány haszonnövényben is. A füst csírázás serkentő hatásának tanulmányozása számos, a mezőgazdaságban potenciálisan hasznosítható eredménnyel szolgálhat. A kutatás célja a füst hatására a csírázás folyamatában bekövetkező folyamatok azonosítása egy modellnövényben (Lettuca sativa L. cv. Grand Rapids) és különböző kukorica genotípusokban. Vizsgálatainkkal magyarázatot keresünk arra, hogy az aktív komponens hatására milyen gének és mechanizmusok indukálódnak, milyen irányú változások történnek a csírázásra hatással levő növényi hormonok bioszintézisében/metabolizmusában és/vagy a fitokrom rendszerben. A kutatás során csírázás-indukciós vizsgálatokat végzünk különböző kezelési idő x hatóanyag koncentrációk mellett. Az optimalizált kezelési körülmények között a kezelt és kezeletlen mintákban transzkripciós szintű génexpressziós vizsgálatokat végzünk, majd a különböző mennyiségben expresszálódó géneket szekvenálással azonosítjuk.
Summary
It is well known from the literature that bush fires and field burnings have a positive effect on the germination of some plant species. Physiological studies have shown that breaking of seed dormancy and germination is enhanced not only by heat but by an active compound present in smoke of plant origin. Smoke also affects positively the germination of some cultivated plant species (such as lettuce, celery, rice, maize etc.). Investigation of mechanisms of germination triggered by smoke may serve with several potentially useful results for agriculture. The aim of this study is to identify which genes and mechanisms are induced by smoke in the early phase of germination using a model plant (Lettuca sativa L. cv. Grand Rapids) and maize. It is also important to investigate whether there is any change in the plant hormone biosynthesis/metabolism and/or phytochrom system. Germination studies will be carried out using different combinations of germination time x smoke compound concentrations. Optimized conditions will be used to study genexpression on transcription level both in smoke treated and water control samples. Differentially expressed genes will be isolated and identified by gene sequencing.
Final report
Results in Hungarian
Eredményeink szerint a füst aktív komponensének hormonszerű hatása van és befolyásolja egyes növényi hormonok csírázásra gyakorolt hatását fényen csírázó és a csírázáshoz magas hőmérsékletet igénylő fajok magvaiban egyaránt. Az intenzív kutatások ellenére máig tisztázatlan, vajon az aktív komponens csírázást stimuláló hatását a növényi hormonokkal való kölcsönhatás révén fejti-e ki, vagy valamilyen más mechanizmus húzódik meg a jelenség hátterében. Az ezt motiváló folyamatok részletes feltárására további vizsgálatokra van szükség Az aktív füstkomponens nemcsak a csírázási képességet fokozza, hanem a csíranövények életképességére és vigorára is pozitív hatással van. Korábbi megfigyelések alapján feltételezhető, hogy a csíranövények korai életszakaszában létezik egy rövid szakasz, mely során stresszhatások következtében részben újból beindulhat a nyugalmi állapotra felkészülő magvakra jellemző fejlődési program. Az átmeneti fejlődés gátlás hátterében az abszcizinsav (ABA) áll és a nyugvó magvakra jellemző LEA proteinek és tartalék fehérjék akkumulációja figyelhető meg. A tartalékanyagok átmenti felhalmozása és a növekedés gátlása révén a csíranövények hatékonyabban tudják átvészelni a számukra kedvezőtlen időszakot. A füst hatása tehát kettős, így egyfelől csírázásra készteti a magvakat, másfelől ABA-függő géneket aktivál, ami végső soron a fiatal növények nagyobb stressztűrő képességéhez vezet és azok túlélési esélyeit is növeli kedvezőtlen körülmények között.
Results in English
Based on our studies smoke released from burning vegetation has a hormon-like effect and affects the gibberellin, ethylene and abscisic acid homeostasis in germinating seeds. Contrary to the effort aimed to reveal the molecular background of smoke action, it is still unclear how smoke is percepted and what is the nature of the interaction between smoke and plant hormones. To reveal initating steps involved in this process further experiments are needed. It is known that smoke can positively affect not only germination but seedling vigour and survival. The smoke has therefore a dual effect, which one side enhances germination, and on the other side, activates ABA-related stress events by which smoke contributes to the higher seedling vigour and stress tolerance. In the early postgermination phase a developmental arrest checkpoint is existing which resembles to the seed maturation phase and mediated by ABA. This checkpoint sensitize young plants against stresses and enables them to ovecome such adverse effects. We found that smoke can enhance this process through the induction of ABA-related genes which eventually results in the higher seedling vigour of the smoke treated seedlings.
Ambrus, H., Soós, V., Juhász, A., Light, M.E., van Staden, J., Balázs, E., Barnabás, B.: Effects of smoke compounds on in vitro germination of maize pollen., XIX.th International Congress on Sexual Plant Reproduction From gametes to genes. 11-15 July 2006 Budapest Book of Abstracts. pp: 112-113., 2006
SOÓS V. - JUHÁSZ A. - SEBESTYÉN E. - Light, M.E. - Van Staden, J. - BALÁZS E.: Limitations of using differential display RT-PCR in the chase for smoke-related genes, Acta Agronomica 56(2008)4:435-441.p., 2008
Vilmos Soós, Angéla Juhász, Marnie E. Light, Johannes Van Staden, Ervin Balázs: Unravelling the mode of action: genes in the background of smoke action., 15th RCPGD Annual Meeting, 17-19 November, Pietermaritzburg, South Africa, 2007
Vilmos Soós, Endre Sebestyén, Angéla Juhász, Marnie E. Light, Johannes Van Staden, Ervin Balázs: The effect of smoke on maize kernel germination and seedling vigour. 3rd GCP Annual Meeting, 15-21 September, Bangkok, Thailand, 3rd GCP Annual Meeting, 15-21 September 2008, Bangkok, Thailand, 2009
Soós Vilmos, Sebestyén Endre, Juhász Angéla, Pintér János, Light Marnie E., Staden Johannes, Balázs Ervin: Stress-related genes define essential steps in the response of maize seedlings to smoke-water, Functional & Integrative Genomics. 2009, 2009
Soós Vilmos, Juhász Angela, Light Marnie E., Van Staden Johannes, Balázs Ervin: Smoke-water-induced changes of expression pattern in Grand Rapids lettuce achenes, Seed Science Research 2009 19(1). p.37, 2009
Events of the project
2022-01-10 11:11:46
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Alkalmazott Genomikai Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
