Investigation of signal transduction processes during stress adaptation in cereals
Keywords in Hungarian
Búza, nitrogén-monoxid, növényi hormonok, hidegtűrés, oxidatív stressz, jelátvitel
Keywords in English
Wheat, nitrogen-monoxide, plant hormones, cold tolerance, oxidative stress, signal transduction
Discipline
Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Medical and Biological Sciences Committee Chairs
Department or equivalent
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants
Gáspár, László Görgényi Miklósné Tari, Irma Janda, Tibor Kocsy, Gábor Kovács, Viktória Majláth, Imre Papp, István
Starting date
2008-10-01
Closing date
2012-12-31
Funding (in million HUF)
32.412
FTE (full time equivalent)
8.23
state
closed project
Summary in Hungarian
Ritka az olyan év hazánkban, hogy a szélsőséges kontinentális éghajlat és a globális klímaváltozás miatt ne kelljen valamilyen súlyos gazdasági következményekkel járó káros környezeti tényezővel számolni. A tervezett kísérletek célja, hogy jobban megértsük a növények változó környezetre adott válaszreakcióit. A munka első fázisában gabonafélék hidegedzése során vizsgáljuk a fény hatását a glutationmetabolizmusra, a poliamin- és hormonszintre (HPLC, HPLC/MS, GC/MS). Előkísérleteink szerint a NO-mentes Arabidopsis növények hidegérzékenysége fokozódott. Ezeket a vizsgálatokat tervezzük folytatni több mutáns vonal bevonásával, valamint a NO mint jelátvivő, és más szabályozási utak kapcsolatának felderítésével. Az Arabidopsis mint modellnövény felhasználásával kapott eredmények sok esetben csak korlátozott mértékben általánosíthatók oly mértékben, hogy ezáltal gabonafélék stresszadaptációs folyamatait értelmezni tudjuk. Erre való tekintettel a vizsgálatok második felében párhuzamos összehasonlító kísérletekkel, többek közt mikrochip technikán alapuló génexpressziós vizsgálatokkal azt tanulmányozzuk, hogy a modellnövényekben fontosnak ígérkező jelátviteli utak, valamint stresszellenállóságot szabályozó folyamatok mennyire befolyásolják a gabonafélék stresszellenállóságát is. Az egyes jelátvivő, valamint védő vegyületekkel kapcsolatos eredményeink alapot biztosíthatnak az adott vegyületek mint stressztoleranciát fokozó anyagok gazdaságos felhasználásának kidolgozásához.
Summary
Due to the extreme continental climate, combined with global climate change, there are few years when Hungary does not face severe economic losses related to environmental factors. The main aim of the experiments is to obtain a better understanding of the responses given to the changing environment. The first phase of the work will investigate the role of light during the frost hardening of cereals. Changes in the glutathione metabolism and in the polyamine and hormone levels will be studied (HPLC, HPLC/MS, GC/MS). Preliminary tests have shown an increase in the cold sensitivity of NO-free Arabidopsis plants. Mutant lines will be used to clarify both the role of NO as a signal transductor and its connection with other regulatory pathways. In many cases the results obtained using Arabidopsis as a model plant can only be used to a limited extent for the interpretation of stress adaptation processes in cereals. In the second half of the project parallel comparative experiments will be carried out, including gene expression studies based on the microchip technology, to determine the extent to which the signal transduction pathways and stress resistance regulation processes found to be of importance in model plants influence the stress resistance of cereals. In addition, results related to signal transductors and protective compounds could provide a sound basis for the elaboration of economic large-scale methods for the use of these compounds to stimulate stress tolerance.
Final report
Results in Hungarian
Ritka az olyan év hazánkban, hogy ne kelljen valamilyen súlyos gazdasági következményekkel járó káros környezeti tényezővel számolni. A tervezett kísérletek célja az volt, hogy jobban megértsük a növények változó környezetre adott válaszreakcióit. A munka első fázisában gabonafélék hidegedzése során vizsgáltuk a fény hatását. Megállapítottuk, hogy normál hőmérsékleten, de magasabb fényintenzitáson is elérhető valamilyen edzettségi fok, még ha nem is ugyanakkora, mint alacsony hőmérsékleten normál fényviszonyok között. Az őszi búzák normál hőmérsékleten magasabb fényintenzitással is jobban edzhetőek, mint a tavaszi fajták. A fénynek a búza fagyállóságának kialakulásában betöltött szerepének jobb megismeréséhez micorarray módszerrel összehasonlító génexpressziós vizsgálatot is végeztünk. A fényfüggést mutate gének nagy része a fotoszintetikus apparátus működését érintette, de ezek mellet több jelátviteli, hormonális folyamatokhoz kapcsolható, valamint stressztűrésben szerepet játszó gént is találtunk. Az különböző aszkorbát (AA) és szalicilsav (SA) metabolizmusú Arabidopsis növényekkel folytatott kísérletek eredményeként azt kaptuk, hogy a szabad és kötött SA szintje az aszkorbát hiányos mutánsban szignifikánsan magasabb, míg a SA-hoz kötődő genotípusokban szignifikánsan alacsonyabb volt, a vad típusban tapasztaltakhoz képest. Ezek a tények arra engednek következtetni, hogy a SA képes lehet az AA-hiány kedvezőtlen hatásainak kiegyenlítésére hidegstressz alatt.
Results in English
There are few years when Hungary does not face severe economic losses related to environmental factors. The main aim of the experiments is to obtain a better understanding of the responses given to the changing environment. The first phase of the work will investigate the role of light during the frost hardening of cereals. Wheat plants were hardened at normal temperature under high light condition but it was less pronounced than at low temperature under normal light condition. Spring wheat varieties can be hardened less at normal temperature at high light than the winter varieties. Gene expression was also studied (using microarray) for better understanding of the role of the light during cold hardening. The most light-dependent gene was related to the photosynthesis, signalling, plant hormones and protective compounds. Using Arabidopsis mutants with different salicylic acid (SA) and ascorbate (AA) level it was found that the free and bound SA level was higher in AA deficient and lower in SA mutants significantly compared to the wild type. It can be conclude from these results that SA can compete the unfavourable effects of AA deficiency under cold stress.
Szalai G., Kellős T., Galiba G., Kocsy G.: Glutathione as an Antioxidant and Regulatory Molecule in Plants Under Abiotic Stress Conditions, J Plant Growth Regul 28:66–80, 2009
Szalai G., Pap M., Janda T.: Light-induced frost tolerance differs in winter and spring wheat plants, J Plant Physiol, 166: 1826-1831, 2009
Majláth I., Szalai G., Vanková R., Papp I., He Z., Janda T.: INTERACTION BETWEEN NITRIC OXIDE- OR SALICYLIC ACID-MEDIATED PATHWAYS AND ASCORBATE LEVELS IN COLD-HARDENED ARABIDOPSIS PLANTS, XVII FESPB Congress, Book of Abstracts, P07-014, p. 114., 2010
Kocsy G., Soltész A, Tímár I., Kellős T., Vashegyi I., Szalai G., Galiba G.: REDOX CHANGES DURING COLD ACCLIMATION IN WHEAT GENOTYPES WITH DIFFERENT FREEZING TOLERANCE, XVII FESPB Congress, Book of Abstracts, P01-017, p. 42., 2010
Janda T., Majláth I., Szalai G., Soós V, Sebestyén E., Balázs E., Vanková R., Dobrev P., Tari I., Tandori J.: LIGHT-DEPENDENT REGULATORY MECHANISMS DURING COLD HARDENING IN WHEAT, XVII FESPB Congress, Book of Abstracts, P01-020, p. 43., 2010
Majláth, I, Szalai, G, Vankova, R, Papp, I, Janda, T: Atnoa1 mutant Arabidopsis plants induce compensation mechanisms to reduce the negative effects of the mutation, J Plant Physiol 168: 1184-1190, 2011
Majláth I, Szalai G, Janda T: Exploration of cold signalling related to ascorbate and salicylic acid in Arabidopsis thaliana, ACTA BIOLOGICA SZEGEDIENSIS 55: 117-118, 2011
Majláth I, Szalai G, Janda T: A hidegstresszhez kötődő aszkorbát- és szalicilsav-közvetítette jelátviteli folyamatok tanulmányozása Arabidopsis növényekben, In: Janda T (szerk.) I. ATK Tudományos Nap, Felfedező kutatások az Agrártudományi Kutatóközpontban: Összefoglalók p. 54, (ISBN:978-963-8351-40-1), 2012
Majláth I, Szalai I, Soós V, Sebestyén E, Balázs E, Radomíra Vanková, Petre I Dobrev, Irma Tari, 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 145: 296-314., 2012
Events of the project
2022-01-10 11:30:03
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényélettani Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
2012-05-11 10:44:04
Résztvevők változása
2010-12-21 13:15:04
Résztvevők változása
2010-04-09 11:18:39
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényi Molekuláris Biológiai Osztály (MTA Mezőgazdasági Kutatóintézete), Új kutatóhely: Növényélettani Osztály (MTA Mezőgazdasági Kutatóintézete).
