A búza ß-glükán tartalmának növelése rokon fajok kromoszómáinak beépítésével  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
105594
típus PD
Vezető kutató Cseh András Attila
magyar cím A búza ß-glükán tartalmának növelése rokon fajok kromoszómáinak beépítésével
Angol cím Increase of ß-glucan content by introgression of alien chromosomes into wheat genome
magyar kulcsszavak búza, ß-glükán, molekuláris citogenetika, búza/árpa centrikus fúzió, Aegilops
angol kulcsszavak wheat, ß-glucan, molecular cytogenetic, wheat/barley centric fusion, Aegilops
megadott besorolás
Növénynemesítés (Komplex Környezettudományi Kollégium)100 %
zsűri Növénytermesztés, állattenyésztés
Kutatóhely Molekuláris Nemesítési Osztály (MTA Agrártudományi Kutatóközpont)
projekt kezdete 2012-09-01
projekt vége 2014-12-31
aktuális összeg (MFt) 11.999
FTE (kutatóév egyenérték) 2.40
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A gabonafélék endospermium sejtfalában található rostanyagoknak kedvező táplálkozásélettani hatásuk van. Ezek közül a legfontosabb az árpában és a zabban nagyobb mennyiségben megtalálható (1,3;1,4)-ß-D-glükán (ß-G), ami a búzában csak kis mennyiségben fordul elő. A búza ß-G tartalmának növelése hozzájárulna az emberek koleszterin szintjének csökkentéséhez és mérsékelné a szívkoszorúér-betegségek előfordulását. Az idegen fajú keresztezések során létrehozott addíciós vonalak kitűnő genetikai alapanyagok az idegen kromatin hatásának vizsgálatára. Ezek az addíciós vonalak a kiindulási pontjai lehetnek az idegen fajokból történő génátvitelnek is. A pályázat célja a ß-G szintézis genetikai alapjainak pontosabb megértése és a szintézist irányító gének szabályozásának vizsgálata. Búza/árpa addíciós vonalak segítségével tanulmányozni szeretnénk búza genetikai háttérben az árpa CsIF gének expresszióját a levelekben és az endospermiumban. Az árpában valószínűleg a HvCsIF6 génváltozat kódolja a ß-G szintázt, de a fejlődő endospermiumban a HvCSIF9 génváltozat expressziója is magas. A gének hatására a búza/árpa addíciós vonalak leveleiben és szemtermésében felhalmozódott ß-G tartalomból következtetünk.
Monoszómás búza vonalak (7A, 7B, 7D) és búza/árpa 7H addíciós vonal keresztezésével több lépésben centrikus fúziókat állítunk elő, amelyek tartalmazni fogják a HvCsIF6 árpa gént. Ezek a vonalak felhasználhatóak lesznek a martonvásári keresztezési programokban. Búza/Aegilops addíciós vonalak segítségével új génforrásokat keresünk a búza ß-G tartalmának a növelésére. Felszaporítjuk a citológiailag ellenőrzött búza/Aegilops addíciós sorozatokat és megmérjük a szemtermések ß-G tartalmát.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.

A búzaszem ß-glükán tartalmának növelése kedvező táplálkozásélettani hatással bírna, ezért szükséges a ß-glükán szintézist irányító gén vagy gének vizsgálata. Az árpa ß-glükán szintézisének genetikai hátterét ß-glükánt nem tartalmazó mutáns vonalak segítségével vizsgálták. Taketa és mtsai (2011) leírták, hogy a HvCsIF6 gén játszik kulcsszerepet a szintézisben.
Szeretnénk meghatározni a HvCsIF6 és HvCsIF9 gének hatását a búza ß-glükán tartalmára és vizsgálni fogjuk az expressziós mintázatukat az endospermiumban és a levelekben. Új információkat nyerhetünk a HvCsIF6 és HvCsIF9 árpa gének szabályozásáról búza genetikai háttérben és összehasonlíthatjuk a gének transzkripcióját az árpában leírtakkal.
A pályázat támogatásával létrehozott új búza/árpa 7AS.7HL és/vagy 7BS.7HL és/vagy 7DS.7HL transzlokációs vonalak, - amelyek tartalmazni fogják a HvCsIF6 árpa gént – felhasználhatóak lesznek a búza ß-glükán tartalmának növelését célzó nemesítési programokban.
A búza/Aegilops addíciós vonalak vizsgálata során az árpa CsIF6 génváltozatnál nagyobb hatású Aegilops CsIF gént keresünk, ami felhasználható a búza ß-glükán tartalmának növelésére.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!

A gabonafélék fontos minőségi paramétere az élelmi rost tartalom, egészségmegőrzés szempontjából a szemtermés ß-glükán tartalma a legjelentősebb. A magas ß-glükán tartalom a sörárpa minőségét rontja, ugyanakkor kedvező táplálkozásélettani hatása miatt a búza beltartalmi értékét javítaná. A búza endospermium ß-glükán tartalma hagyományos nemesítéssel csak kismértékben növelhető a szűk genetikai változatosság miatt. A rokon fajokból történő génátvitel lehet az egyik megoldás a búza ß-glükán szintézisének a növelésére.
A ß-glükán szintézis fontosságát jelzi Burton et al. (2006) Science-ban megjelent publikációja, melyben leírja, hogy a rizs CslF génjét Arabidopsis-ba ültetve a transzformált növények sejtfalában megjelent a ß-glükán. Az elmúlt pár évben a ß-glükán szintézis genetikai hátterét, a szintézisben szerepet játszó gének (HvCsIF, HvCsIH) expresszióját az árpában vizsgálták a legtöbbet. Ezeket az eredményeket felhasználva búza/árpa és búza/Aegilops addíciós vonalak vizsgálatával kimutatható az árpa ill. Aegilops gének hatása a búza szemtermésének ß-glükán tartalmára. Búza genetikai háttérben először végeznénk el a HvCsIF6 és HvCsIF9 árpa gének expressziós mintázatának kvantitatív analízisét az endospermiumban és a levélszövetben. A gének hatását a ß-glükán tartalom mérésével igazolnánk.
Nemesítési alapanyag előállítását is célul tűztük ki, ezért genetikailag stabil, a HvCsIF6 gént tartalmazó búza/árpa transzlokációs vonalat állítanánk elő. Az idegen gént búza monoszómás vonalak és búza/árpa addíciós vonal keresztezésével több lépésben vinnénk be a búzába. Az így előállított búza/árpa 7AS.7HL vagy 7BS.7HL vagy 7DS.7HL centrikus fúziót tartalmazó vonalak kiindulási pontjai lehetnek a magas ß-glükán tartalmú búzafajták előállításának.
Az Aegilops fajok ß-glükán tartalma még nem ismert. Ezek a vad fajok még teljesen kiaknázatlan génforrások a búza ß-glükán tartalmának növelése szempontjából. Négy búza/Aegilops (Ae. biuncialis, Ae. comosa, Ae. geniculata, Ae. umbellulata) addíciós sorozat szemtermésének a ß-glükán tartalmát határoznánk meg, hogy új, hatásosabb CsIF génhomológokat találjunk.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média illetve az adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

Az (1,3;1,4)-ß-D-glükán a gabonák közül nagyobb mennyiségben a zab és az árpa sejtfalában előforduló poliszaharid. A ß-glükán koleszterinszint csökkentő és általános immunrendszer erősítő szerepét számos kutatás igazolja. A búzaliszt ß-glükán tartalmának a növelése csökkentené szívkoszorúér-betegségek előfordulását.
Az elmúlt évek kutatásai megpróbálták azonosítani az árpa ß-glükán szintézisében szerepet játszó géneket, ezeket az eredményeket szeretnénk felhasználni a búzaliszt ß-glükán tartalmának a növelésére. A pályázat keretében a búzába természetes úton keresztezésekkel visszük be az árpából származó kulcsgéneket. Az árpa gének működését és hatását is elemezni fogjuk búza genetikai háttérben.
A búzával rokon kecskebúza fajok ß-glükán tartalmát is vizsgálni fogjuk a termesztett búza génforrásainak bővítése céljával. Négy kecskebúza fajjal van búza/kecskebúza addíciós sorozatunk, ezek az addíciós vonalak a búza kromoszómák mellett egy pár kecskebúza kromoszómát is tartalmaznak. Ezek a növények lehetőséget nyújtanak a különböző kecskebúza kromoszómák hatásának vizsgálatára a búzaliszt ß-glükán tartalmára.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

Fibres in the endosperm cell wall of cereals have favourable nutritional physiology effects. The most important one of them is (1,3;1,4)-ß-D-glucan (ß-G) which can be found in large amounts in barley and oat, while wheat contains only small amount of it. The increase in the ß-G content of wheat would contribute to the lowering of human cholesterol levels and would reduce the occurrence of coronary heart disease. Addition lines developed by crossing alien species are excellent genetic resources to study the effect of alien chromatin. These addition lines can be used as a starting point for gene transfer from an alien chromosome. The aim of the research is to better understand the genetic bases of ß-G synthesis and to examine the control of genes regulating this synthesis. Using wheat/barley addition lines, we would like to study the expression of CsIF barley genes in the genetic background of wheat in the leaves and in the endosperm. It is assumed that ß-G synthase is encoded in barley by the HvCsIF6 gene, however, the expression of the HvCSIF9 gene is also high in the developing endosperm. The effect of genes is judged from the ß-G content accumulated in the leaves and grains of wheat/barley addition lines. Centric fusions will be produced in several steps by crossing monosomic wheat lines (7A, 7B, 7D) and wheat/barley 7H addition line, which will contain the HvCsIF6 barley gene. These lines can be used in Martonvásár breeding programmes. The wheat/Aegilops addition lines will be used to find new gene sources to increase the ß-G content of wheat. The cytologically examined wheat/Aegilops addition lines will be multiplied and the ß-G content of grains will be determined.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.

An increased ß-glucan content of wheat grains would have beneficial nutritional physiology effects. This is why the examination of gene or genes regulating ß-glucan synthesis is necessary. The genetic background of ß-glucan synthesis in barley was studied using betaglucanless mutant lines. Taketa et al. (2011) reported that HvCslF6 gene is the key determinant controlling the biosynthesis of ß-glucans. We would like to identify the effect of HvCsIF6 and HvCsIF9 genes on the ß-glucan content of wheat, and we will examine their expression patterns in the endosperm and the leaves. We can obtain new information on the regulation of HvCsIF6 and HvCsIF9 barley genes in the genetic background of wheat, and can compare the transcription of genes to that described in barley.
The new wheat/barley 7AS.7HL and/or 7BS.7HL and/or 7DS.7HL translocation lines containing the HvCsIF6 barley gene, which are developed with the support of the grant, can be used in breeding programmes aiming at the increase of wheat ß-glucan content.
During the studying of wheat/Aegilops addition lines, we try to find Aegilops CsIF genes having more powerful effect than that of the barley CsIF6 gene, which can be used to improve the ß-glucan content of wheat.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.

Dietary fibre content is a major quality parameter of cereals, and the β-glucan content of grains is the most important factor from the aspect of health maintenance. High β-glucan content reduces the quality of malting barley, yet it would increase the nutritional value of wheat due to its beneficial physiology effects. The β-glucan content of wheat endosperm can only be increased slightly by traditional breeding methods as the genetic diversity is low. However, gene transfer from related species can be a way of improving β-glucan synthesis in wheat.
The importance of β-glucan synthesis is indicated by the study of Burton et al. (2006) published in Science, reporting that β-glucan was detected in the cell walls of transgenic plants after insertion of rice CslF genes into Arabidopsis. In the last few years, the genetic background of β-glucan synthesis and the expression of the genes (HvCsIF, HvCsIH) having a role in the synthesis were studied the most in barley. Using these results, the effect of barley and Aegilops genes on the β-glucan content of wheat grains can be identified by the examination of wheat/barley and wheat/Aegilops addition lines. We would be the first to quantitatively analyze the expression patterns of HvCsIF6 and HvCsIF9 barley genes in the endosperm and the leaf tissues. The effect of the genes would be verified by the measuring of β-glucan content.
The development of breeding stocks was also set as an aim, therefore, we plan to develop a genetically stable wheat/barley translocation line containing the HvCsIF6 gene. The alien gene would be transferred in wheat in several steps by crossing wheat monosomic lines and wheat/barley addition line. The wheat/barley lines produced this way and containing 7AS.7HL or 7BS.7HL or 7DS.7HL centric fusion could be a starting point for developing high β-glucan wheat varieties.
The β-glucan content of Aegilops species is not yet known. These wild species are completely unexploited gene resources for the increase of the β-glucan content of wheat. We would determine the grain β-glucan content of four wheat/Aegilops (Ae. biuncialis, Ae. comosa, Ae. geniculata, Ae. umbellulata) addition sets order to find new, more powerful CsIF gene homologues.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

(1,3;1,4)-β-D-glucan is a cell-wall polysaccharide which can be found in large amounts in oat and barley. The cholesterol-lowering and immunity enhancing effects of β-glucans have been confirmed by several researches. The occurrence of coronary heart disease could be reduced by the increase in the β-glucan content of wheat flour.
Investigations carried out in the past few years have tried to identify the genes participating in the synthesis of β-glucans in barley. We would like to make use of these results to increase the wheat flour β-glucan content. In the frame of the grant, we transfer the key genes from barley into wheat by traditional crossing. The functioning and effects of barley genes in the genetic background of wheat will also be analyzed.
The β-glucan content of goatgrass (Aegilops) species, the relatives of wheat, will also be examined with the purpose of extending the genetic resources of cultivated wheat. We have wheat/Aegilops addition sets with four Aegilops species, containing one pair Aegilops chromosomes in addition to wheat chromosomes. These plants enable the studying of the effects of various Aegilops chromosomes on the β-glucan content of wheat flour.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A búzaszem β-glükán tartalmának növelése kedvező táplálkozásélettani hatással bírna, ezért szükséges a β-glükán szintézist irányító gén vagy gének vizsgálata. Az árpa β-glükán szintézisének genetikai hátterét β-glükánt nem tartalmazó mutáns vonalak segítségével vizsgálták. Taketa és mtsai (2011) leírták, hogy a HvCsIF6 gén játszik kulcsszerepet a szintézisben. Meghatároztuk a HvCsIF6 (7HL) és HvCsIF9 (1HS) gének hatását a búza β-glükán tartalmára és vizsgáltuk az expressziós mintázatukat az endospermiumban és a levelekben. Új információkat nyertünk a HvCsIF6 és HvCsIF9 árpa gének szabályozásáról búza genetikai háttérben és összehasonlítottuk a gének transzkripcióját az árpában leírtakkal. A pályázat támogatásával létrehozott új búza/árpa 7BS.7HL transzlokációs vonal, - amely tartalmazza a HvCsIF6 árpa gént - felhasználható a búza β-glükán tartalmának növelését célzó nemesítési programokban. A búza/Aegilops (kecskebúza) addíciós vonalak vizsgálata során az árpa CsIF6 génváltozatnál nagyobb hatású Aegilops CsIF gént kerestünk. A 7M Aegilops biuncialis kromoszóma hasonló mértékben emelte meg a buza β-glükán tartalmtát, mint az árpa 7H kromoszóma.
kutatási eredmények (angolul)
An increased β-glucan content of wheat grains would have beneficial nutritional physiology effects. For this reason the examination of gene or genes regulating β-glucan synthesis is necessary. The genetic background of β-glucan synthesis in barley had been studied using betaglucanless mutant lines. Taketa et al. (2011) reported that HvCslF6 gene is the key determinant controlling the biosynthesis of ß-glucans. We identified the effect of HvCsIF6 and HvCsIF9 genes on the β-glucan content of wheat, and we examined their expression patterns in the endosperm and the leaves. We have obtained new information on the regulation of HvCsIF6 and HvCsIF9 barley genes in the genetic background of wheat, and have compared the transcription of genes to that described in barley. The new wheat/barley 7BS.7HL translocation lines containing the HvCsIF6 barley gene, developed with the support of the present grant, can be used in breeding programmes to increase wheat β-glucan content. During the study of wheat/Aegilops addition lines, we attempted to find Aegilops CsIF genes having more powerful effect than that of the barley CsIF6 gene. However our results indicate that the Aegilops biuncialis 7M chromosome has similar effect to the wheat β-glucan content than the barley 7H chromosome.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=105594
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
A. Cseh, V. Soós, M. Rakszegi, E. Türkösi, E. Balázs & M. Molnár-Láng: Expression of HvCslF9 and HvCslF6 barley genes in the genetic background of wheat and their influence on the wheat β-glucan content, Ann Appl Biol 163, 142–150., 2013
Péter Poczai, Ildikó Varga, Maarja Laos, András Cseh, Neil Bell, Jari PT Valkonen, Jaakko Hyvönen: Advances in plant gene-targeted and functional markers: a review, PLANT METHODS 9:(6) pp. 1-31., 2013
Türkösi Edina, Cseh András, Lángné Molnár Márta: A 2H árpakromoszóma hosszú karjának beépítése a termesztett búzába, XIX. Növénynemesítési Tudományos Nap, MTA Agrártudományok Osztályának Növénynemesítési Bizottsága, 2013. p. 148., 2013
Dávid Polgári, András Cseh, Éva Szakács, Katalin Jäger, Márta Molnár-Láng, László Sági: High-frequency generation and characterization of intergeneric hybrids and haploids from new wheat–barley crosses, Plant Cell Rep. 33(8):1323-31., 2014
András Farkas, István Molnár, Sándor Dulai, Sándor Rapi, Vince Oldal, András Cseh, Klaudia Kruppa, Márta Molnár-Láng: Increased micronutrient content (Zn, Mn) in the 3Mb(4B) wheat – Aegilops biuncialis substitution and 3Mb.4BS translocation identified by GISH and FISH, Genome, 57(2): 61-67, 2014
A. Cseh, V. Soós, M. Rakszegi, E. Türkösi, E. Balázs & M. Molnár-Láng: Expression of HvCslF9 and HvCslF6 barley genes in the genetic background of wheat and their influence on the wheat β-glucan content, Ann Appl Biol 163, 142–150., 2013





 

Projekt eseményei

 
2016-02-19 15:12:18
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Génmegőrzési Osztály (MTA Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Molekuláris Nemesítési Osztály (MTA Agrártudományi Kutatóközpont).




vissza »