Identification of signal transduction pathways involved in cold stress by gene expression studies in cereals  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
78866
Type NNF
Principal investigator Tóth, Balázs
Title in Hungarian Hidegstresszben szerepet jatszó jelátviteli utak azonosítása génexpressziós vizsgálatokkal gabonafélékben (EGT/Norvég Alap HU0069/NA/2006-2/PA-8)
Title in English Identification of signal transduction pathways involved in cold stress by gene expression studies in cereals
Keywords in Hungarian hidegstressz, jelátvitel, microarray, génexpresszió, gabonafélék
Keywords in English cold stress, signal transduction, microarray, gene expression, cereal
Discipline
Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Department of Plant Molecular Biology (Centre for Agricultural Research, Hungarian Academy of Sciences)
Starting date 2009-04-01
Closing date 2011-03-31
Funding (in million HUF) 23.368
FTE (full time equivalent) 1.40
state closed project
Summary in Hungarian
Összefoglalás

A gabonafélék gazdasági jelentősége miatt nagyon fontos a hidegérzékelés folyamatának megértése, amely segítheti a nemesítők, illetve agrokémikusok munkáját e növények télállóságának növelésében. Jelen pályázatunkban olyan fő jelátviteli útvonalakat szeretnénk azonosítani gabonafélékben, melyek részt vesznek a hidegstresszre bekövetkező szignáltranszdukciós folyamatokban. A különböző jelátviteli útvonalak gátlószereinek és aktivátorainak felhasználásával vizsgálnánk hidegregulált gének expressziós változásait és ily módon azonosítani kívánjuk mely jelátviteli út felelős a hidegstresszre aktiválódó gének expressziójáért árpa és Triticum monococcum kallusz kultúrákban. Kísérleteinkben a foszfolipáz C és D, a kalcium és a MAP kinázok szerepét kívánjuk vizsgálni. A génexpressziós vizsgálatokat microarray analízissel végeznénk és a kapott eredményeket real-time PCR-rel ellenőriznénk. Ezen kívül a CBF gének expresszióját célzottan szeretnénk vizsgálni a MAPK kaszkád aktiválása és gátlása hatására. Továbbá megvizsgálnánk fagyasztási teszttel a különböző jelátviteli utak módosításának hatását a fagytűrésre is.
Summary
Summary

The agronomical importance of cereals makes important to better understand the cold sensing process and help the breeders and agrochemists to improve the winter survival of these crops. In the present study we plant to identify major signal transduction pathways involved in cold signaling in cereals. Using inhibitors and activators of different signal transduction pathways we investigate the expression of cold regulated genes and identify which signal transduction cascade is responsible for the activation of genes in response to cold stress in barley and Triticum monococcum callus cultures. In our experiments we focus on the role of phospholipase C and D, calcium and MAPK pathways. The gene expression studies will be performed by microarray analysis and the results will be confirmed by Real-Time PCR. Moreover, we will investigate directly the expression of different CBF genes upon activation or inactivation of the MAPK cascade. In addition, we will investigate the effect of the modified signal transduction pathways on the frost tolerance using freezing test.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Kutatásaink során hidegedződésben és fagytűrésben szerepet játszó jelátviteli lépéseket azonosítottunk farmakológiai módszer felhasználásával árpában és alakorban. Megvizsgáltuk a kallusz rendszer felhasználhatóságát a fagytűrés tanulmányozásában, és megállapítottuk, hogy a kalluszok hidegre adott válasza eltér a növényekétől, melyben nagy szerepet játszik az eltérő hormonösszetételük, ezért nem alkalmasak ilyen jellegű vizsgálatokra. Csíranövények felhasználásával bizonyítottuk a kalcium szerepét a fagyasztást követő regenerációban árpában. Génexpressziós szinten megfigyeltük szintén árpában, hogy a CBF14 és COR14b gének hidegindukciója függ az intracelluláris kalciumtól, míg a CBF9 indukciója független attól, az egész rendszer pedig foszfolipáz C által szabályozott. Alakor esetében a CBF12 és COR14b hidegindukciója kalcium-regulált, ellenben a CBF14 indukciójára nem volt hatással a csökkent kalciumválasz. Microarray felhasználásával számos kalcium-regulált hidegindukált gént találtunk, köztük az antioxidáns védekező rendszer elemeit. Megvizsgáltuk a MAPK aktiváció hatását is a hidegválaszban és azt találtuk, hogy a CBF-COR rendszer indukciója független a MAPK indukciótól. Egy független rendszerben vizsgáltuk a vegetatív-generatív átmenet hatását a COR14b expresszióra is.
Results in English
In the present study we identified signal transduction components involved in cold acclimation and frost tolerance of barley and einkorn wheat using pharmacological approach. We investigated the possible utilization of callus cultures as experimental system to study frost tolerance and we observed that barley callus has altered cold response due to its different hormone content, therefore it is an unsuitable object for this kind of experiments. In barley seedlings we proved the role of calcium in the regeneration following freezing injury. In the gene expression level in barley we found that the cold induction of CBF14 and COR14b appears to be dependent from the intracellular calcium release, while CBF9 looks calcium independent and the whole system is regulated by phospholipase C. In einkorn wheat we observed that the cold induced expression of CBF12 and COR14b was calcium dependent, while the expression of CBF14 was not affected by the decrease of calcium response. Using microarray we found a series of calcium dependent cold responsive genes including the components of the antioxidant defense system. We investigated the effect of increased MAPK kinase activity on the cold response and we found the CBF-COR system independent from MAPK induction. We also investigated in an independent system the relationship of vegetative-generative transition and the expression of COR14b gene.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=78866
Decision
Yes





 

List of publications

 
I. VASHEGYI, Z. TÓTH, E. SEBESTYÉN, V. SOÓS, G. GALIBA and B. TÓTH: Calcium dependence of cold regulated genes, pp.222-224, Proc. of AGRISAFE FINAL CONFERENCE, Budapest, MARCH 21-23, 2011
A. Soltesz, I. Tımar, I. Vashegyi, B. Toth, T. Kellos, G. Szalai, A. Vagujfalvi, G. Kocsy & G. Galiba: Redox changes during cold acclimation affect freezing tolerance but not the vegetative reproductive transition of the shoot apex in wheat, Plant Biology, 2011
Vashegyi, I., Toth, Zs., Galiba, G., Toth, B.: Calcium dependence of COR14b related cold acclimation, poster, p. 28, Proc. of Stress Responses: molecules, organisms and environments, Joint meeting of BES, BS and SEB, 4-7 January, London, 2011




Back »