Analysis of contributing plant genes in grapevine-Agrobacterium host-pathogen interaction: new possibilities in resistance breeding  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
83121
Type K
Principal investigator Szegedi, Ernő
Title in Hungarian A gazdanövény-patogén kapcsolatban közreműködő növényi gének elemzése szőlő-agrobaktérium rendszerben: új lehetőségek a rezisztencianemesítésben
Title in English Analysis of contributing plant genes in grapevine-Agrobacterium host-pathogen interaction: new possibilities in resistance breeding
Keywords in Hungarian szőlő, Agrobacterium, golyvás betegség, kórfolyamatban résztvevő növényi gének
Keywords in English grapevine, Agrobacterium, crown gall disease, host interacting genes
Discipline
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)80 %
Crop protection (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Ortelius classification: Crop protection
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Research Institute for Viticulture and Enology (RIVE) (National Agricultural Research and Innovation Centre)
Participants Bisztray, György Dénes
Bodor, Péter
Deák, Tamás
Kupi, Tünde
Lakatos, Lóránt
Oláh, Róbert
Starting date 2011-03-01
Closing date 2015-12-31
Funding (in million HUF) 13.071
FTE (full time equivalent) 8.35
state closed project
Summary in Hungarian
A szőlő egyik legsúlyosabb betegsége az agrobaktériumos golyvásodás. A betegség ellen a mai napig nem tudunk hatékonyan védekezni. A kórfolyamat során a baktérium genetikailag transzformálja a növényi sejtet, ennek eredményeként lép fel a tumorképződés. A genetikai transzformáció során a T-DNS baktériumból növényi sejtmagba történő átvitelét a baktérium virulencia génjei kódolják, de a T-DNS növényi sejtmag genomba történő integrációját már a gazdanövény génjei határozzák meg. Az utóbbi években lúdlábfűben (Arabidopsis thaliana) és dohányban (Nicotiana spp.) inszerciós mutációval, élesztő-kettős hibrid rendszerrel, vagy virus által indukált gén elcsendesítéssel számos olyan „közreműködő” gént azonosítottak, melyek nélkülözhetetlenek az Agrobacterium tumefaciens által indukált transzformációhoz. Célunk, hogy ezen géneket azonosítsuk, majd izoláljuk a szőlő genomból. Az izolált „közreműködő” génekre csendesítő konstrukciókat hozunk létre, és ezekkel transzformáljuk a Vitis berlandieri x Vitis rupestris cv. 'Richter 110' alanyfajtát. A regenerált növények fogékonyságát Agrobacterium vitis törzsekkel teszteljük, ezzel információt kapunk a szőlő-A. vitis gazdanövény patogén kapcsolatban játszott szerepükről. Várható eredményeink a molekuláris nemesítés szempontjából lehetnek jelentősek, mivel hatékonyabbá teszik a szőlő genetikai transzformációját, ugyanakkor segítséget nyújthatnak a golyvásodással szemben ellenálló, új vonalak előállítására is.
Summary
Crown gall caused by Agrobacterium is one of the most serious grapevine diseases which still cannot be efficiently controlled. The pathogen transform the host plant cells resulting in tumorous growth. The transfer of bacterial DNA (T-DNA) from the bacterium to the host cell nucleus is determined by bacterial virulence genes, while its integration into the plant genome is coded by host genes. During the last decade several contributing host genes which are essential for Agrobacterium tumefaciens-induced transformation have been identified in Arabidopsis thaliana and Nicotiana spp. using insertion mutagenesis, yeast-two hybrid system or virus induced gene silencing. The aim of this work is to identify in and isolate these genes from Vitis genome. Than we design silencing constructs for these genes which will be used to transform the rootstock cultivar Vitis berlandieri x Vitis rupestris 'Richter 110'. Next the susceptibility of regenerated transgenic lines to various strains of Agrobacterium vitis will be tested to obtain information on the role of these genes in grapevine-A. vitis interaction. The results we expect will be important for molecular breeding since they may increase the efficiency grapevine transformation. On the other hand, these new tools may help us in engineering new, crown gall resistant lines.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Az agrobaktériumos golyvásodás a szőlő egyik legsúlyosabb betegsége. Célunk volt, hogy a gazdanövény transzformációban közreműködő génjeinek csendesítésével rezisztens fenotípust alakítsunk ki. Az Arabidopsisban és dohányban már azonosított hét génre tblastn kereséssel négy-75 homológ szekvenciát találtunk a ’Pinot noir’ genomban. Tizenhét gén indukcióját vizsgáltuk Agrobacterium fertőzésre, ezek közül négy (VvRab8a, VvVip1a, VvHta2 és VvHta10) mutatott emelkedett expressziót. Ezekre, valamint a később közölt Skp1 és Sgt1 génekre csendesítő konstrukciókat hoztunk létre a pRNAiGG vektorban. A konstrukciókkal Vitis berlandieri x Vitis rupestris cv. ’Richter 110’ embriogén kalluszsejteket transzformáltunk. Összesen 33 transzformált vonalat szelektáltunk a kontrollként használt pRNAiGG-vel, valamint a vektorba beépített Rab8a, Hta2, Hta10, Skp1 és Sgt1 csendesítő konstrukciókkal. Párhuzamos kísérletben létrehoztunk a T-DNS onkogénjeinek csendesítésére tervezett pJP17 vektorral is 21 független transzformált ’Richter 110’ vonalat. Az üvegházi körülményekre edzett növényeket mesterségesen fertőztük. A gazdanövény közreműködő génjeinek csendesítésére tervezett konstrukciókkal nem, de az onkogén csendesítésre tervezett pJP17-el kaptunk agrobaktérium-rezisztens vonalakat. A különböző agrobaktérium törzsek onkogénjeinek genetikai diverzitása miatt az ilyen konstrukciók kombinált alkalmazásától várható széleskörű rezisztencia a golyvás betegséggel szemben.
Results in English
Crown gall caused by tumorigenic agrobacteria is one of the most serious disease of grapevine. We aimed to establish resistant phenotypes by silencing host genes contributing to Agrobacterium-transformation. Such genes have already been identified in Arabidopsis and tobacco. Using tblastn search for seven genes we found four-75 homologue sequences in the ’Pinot noir’ genome. Four (VvRab8a, VvVip1a, VvHta2 and VvHta10) of the tested 17 gene homologues showed increased expression to Agrobacterium infection. We establihed silencing constructs in pRNAiGG vector to these as well as to the recently published Skp1 and Sgt1 genes and used them to transform the cells of embryogenic calli of Vitis berlandieri x Vitis rupestris cv. ’Richter 110’. Thirty-three lines transformed with pRNAiGG as control, and pRNAiGG with Rab8a, Hta2, Hta10, Skp1 and Sgt1 inserts were selected. In parallel experiments we also established 21 ’Richter 110’ lines transformed with the pJP17 oncogene-silencing vector. Plants were acclimatized to greenhouse conditions and inoculated with tumorigenic agrobacteria. We failed to obtain crown gall-resistant phenotypes with constructs designed to silence contributing genes in grapevine, but transformation with pJP17 resulted in several Agrobacterium-resistant lines. Due to the genetic diversity of oncogenes resistance to a wide range of Agrobacterium strains can only be expected if we apply a combination of silencing constructs designed for different oncogenes.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83121
Decision
Yes





 

List of publications

 
Forgács I, Zok A, Novák E, Pedryc A and Oláh R: Establishment of grapevine embryogenic suspension culture and induced somatic embryogenesis, 7th International Symposium on in vitro Culture and Horticultural Breeding: Biotechnological Advances in in vitro Horticult. Breed. Sept 18-22, 2011, Ghent, Belgium, 2011
Forgács I, Suller B, Zok A, Pdryc A és Oláh R: Szomatikus embryogenezis indukciója szőlő ebriogén sejtszuszpenziókban in vitro szelekciós kísérletekhez., XVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok, MTA Budapest, 2012 március 06., 2012
Kupi T, Deák T, Oláh R, Lakatos L, Bisztray Gy és Szegedi E: A szőlő agrobaktériumos fertőzésében szerepet játszó növényi gének azonosítása., XVIII. Növénynemesítési Tudományos Napok, MTA Budapest, 2012. március 6., 2012
Bisztray Gy, Civerolo E, Dula T, Kölber M, Lázár J, Mugnai L, Szegedi E and Savka M: Grapevine pathogens spreading with propagating plant stocks: detection and methods for elimination, pp.: 1-86 in: Szabó P & Shojania J (eds.) Grapevines: Varieties, Cultivation and Management, Nova Science Publishers Inc., Hauppauge, NY, USA, 2012
Varga Z, Armada A, Cerca P, Amaral L, Ahmad Subki M, Savka M, Szegedi E, Kawase M, Motohashi N and Molnár J: Inhibition of quorum sensing and efflux pump system by trifluoromethyl ketone proton pump inhibitors, In vivo 26(2): 277-285, 2012
Forgács I, Suller B, Zok A, Pedryc A és Oláh R: Folyadék alapú szőlő regenerációs rendszer fejlesztése in vitro szelekciós és mutációs kísérletekhez, XIX. Növénynemesítési Tudományos Napok, Pannon Egyetem, Keszthely, 2013. március 07., 2013
Deák T, Kupi T, Oláh R, Szegedi E and Bisztray Gy: Identifying plant genes involved in Agrobacterium infection of grapevine, IX. International Symposium on Grapevine Physiology and Biotechnology, April 21-26, 2013, La Serena, Chile, 2013
Oláh R, Forgács I, Suller B, Zok A and Pedryc A: Establishment of grapevine embryogenic liquid culture and induced somatic embryogenesis, XIX. International Symposium on Grapevine Physiology and Biotechnology, April 21-26, 2013, La Serena, Chile, P187, 2013
Deák T, Kupi T, Oláh R, Lakatos L, Kemény L, Bisztray GyD and Szegedi E: Candidate plant gene homologues in grapevine involved in Agrobacterium transformation, Central European Journal of Biology, 8(10): 1001-1009, 2013
Galambos A, Zok A, Kuczmog A, Oláh R, Putnoky P, Ream W and Szegedi E: Silencing Agrobacterium oncogenes in transgenic grapevine results in strain-specific crown gall resistance, Plant Cell Reports 32: 1751-1757, 2013
Szegedi E, Deák T, Forgács I, Zok a and Oláh R: Agrobacterium vitis strains lack tumorigenic ability on in vitro grown grapevine stem segments, Vitis 53(3): 147-154, 2014
Forgács I., Suller B., Zok A., Deák T., Szegedi E., Oláh R. és Pedryc A.: Folyadék alapú regenerációs és in vitro szelekciós módszer 'Richter 110' szőlőfajtán, XX. Növénynemesítési Tudományos Nap, Budapest, 145-149, 2014
Kupi T, Deák T, Bisztray GYD and Szegedi E: Detection of self-complementary inverted repeats by single forward primer driven PCR, Acta Biologica Szegediensis 58(1): 65-68, 2014
Chen K, Dorlhac de Borne F, Szegedi E and Otten L: Deep sequencing of the ancestral tobacco species Nicotiana tomentosiformis reveals multiple T-DNA inserts and a complex evolutionary history of natural transformation in, The Plant Journal 80(4): 669-682, 2014
Horváth G; Kupi T; Forgács I; Zok A; Oláh R: Embriogén sejtkultúrák optimalizálása szőlőfajták genetikai transzformációjához, XXI. Növénynemesítési Tudományos Napok, Martonvásár, 2015. március 11.-12., 2015





 

Events of the project

 
2014-04-08 14:19:29
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ), Új kutatóhely: Szőlészeti és Borászati Kutatóintézet (Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ).
2011-07-15 08:31:14
Résztvevők változása




Back »