Régóta ismert, hogy a szalicilsav (SA) jelátvivő molekula a növények védekező mechanizmusa során. Ezenkívül a SA az abiotikus stresszérzékenység csökkentésére is alkalmas vegyület lehet. Már számos kezelési mód (magok SA áztatása vetés előtt, vízkultúrához adagolás, öntözés vagy permetezés SA-oldattal) védelmet nyújtott számos növényfajnak abiotikus stresszfaktorok ellen. Az azonban nem ismert, hogy a külsőleg adagolt SA közvetlenül véd-e, vagy az endogen Sa szintjének szabályozásán keresztül hat. Ezenkívül számos egyéb tényező, mint pl. a genetikai hatter, is befolyásolhatja a SA hatását. Ezt különösen fontos figyelembe venni, ha a kétszikű növényekben (Pl. Arabidopsisban vagy dohányban) kapott eredményeket az egyszikű gabonaféléknél is értelmezni szeretnénk. Ezen kérdések tisztázása közelebb hozhat minket a szabályozó mechanizmusok jobb megértéséhez. Jelen pályázat fő célja, hogy a SA kezelés valódi hatásait tisztázza búza jelátviteli folyamataiban; ezen kívül még a SA-függő jelátviteli utak és más védekező mechanizmusok közti összefüggéseket is tanulmányozzuk. A kísérletekhez SA-val különbözőképpen kezelt búzanövényeket használunk. A génfunkciók és jelátviteli utak jobb megértéséhez Arabidopsis (kétszikű) mutánsokat és Brachypodium (egyszikű) vonalakat is alkalmazunk modellnövénynek.
Summary
Salicylic acid (SA) has been known as a signal molecule in the induction of defence mechanisms in plants for a long time. SA is a promising compound for the reduction of abiotic stress sensitivity in plants, since several methods of application (soaking seeds in SA prior to sowing, adding SA to the hydroponic solution, irrigating or spraying with SA solution) have been shown to protect various plant species against abiotic stress factors. However, it is not clear whether the effects of exogenous SA are direct or whether they are connected with that of endogenous SA. In addition, several other factors, such as the genetic background, may also have an important influence on the action of SA. This is especially important when attempting to adapt results obtained for dicotyledonous model plants (e.g. Arabidopsis or tobacco plants) to monocot cereals. The clarification of these questions could bring us closer to an understanding of the control mechanisms. The main aims of the present proposal is to investigate the real effects of salicylic acid treatments on signalling processes in wheat plants; and the discover the possible connections of the salicylic acid-dependent signal transduction pathway with other know protective mechanisms. For these experiments wheat plants have been planned to use with different SA-treatments. For better understanding of the gene functions and signaling pathways Arabidopsis (dycot) mutants and Brachypodium (monocot) lines will also be used as model plants.
Final report
Results in Hungarian
Ismert, hogy a szalicilsavas (SA) kezelésnek védő hatása van különböző abiotikus stresszek ellen, arról viszont nincs információ, hogy a különböző kezelések hatásmechanizmusa mennyiben hasonló, és mennyiben tér el.
A munka első részében magvak SA-as (SAss) áztatása és a hidropónikus (SAh) kezelés hatásait vizsgáltuk. A különböző SA kezelések különböző élettani folyamatokat indukáltak, s másképp hatottak a levelekben és gyökerekben. A SAh kezelés hatására nőtt az oxidatív stressz a levelekben, a flavonoid anyagcsere génjei expresszálódtak és megnőtt a nem-enzimatikus komponensek mennyisége is, míg a gyökérben az aszkorbát-peroxidáz aktivitás nőtt. A Sass kezelt növényeknél csak a gyökerekben tapasztaltunk változást: a PAL enzim génexpresszója nőtt meg és a flavonolok mennyisége emelkedett egy kicsit.
A munka második rézében azt vizsgáltuk, hogy a SA és annak sója a nátrium-szalicilát (NaSA) azonos védelmet nyújt-e Cd stressz során. A NaSA védett jobban a Cd ellen. A kétféle SA forma különböző védekező mechanizmusokat indított be. Különbözőképpen befolyásolták az antioxidáns rendszert, valamint a Cd eloszlását a növényben. A SA elősegítette a Cd transzportját a levélbe, míg az NaSA kezelésnél a gyökérbeli felhalmozódás volt jellemző. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy nem mindegy a kezelés módja és a kezelésnél használt SA forma a védelem kialakulásában.
Results in English
Salicylic acid (SA) can protect various plant species against abiotic stress but several methods of application (soaking seeds (SAss) or hydroponic treatment (SAh)) have been published.
In the first part of the work the SAh and SAss treatments were compared. Different SA treatments induced different physiological processes, and responses also differed in the leaves and roots. SAh treatment elevated the level of oxidative stress in the leaves, induced an increase in the gene expression of flavonoid metabolism and increased the amount of non-enzymatic antioxidant compounds, while enhanced the activity of ascorbate peroxidase in the roots. SAss treatment only elevated the gene expression level of PAL in the roots and caused a slight increase in the amount of flavonols.
In the second part the protection of the acid and salt forms of SA against Cd stress and comparison their mode of action was studied. Under conditions of Cd stress, both SA and NaSA induce various defence mechanisms but their effectiveness and mechanisms of action were different. NaSA treatment provided the best protection. SA and NaSA may affect antioxidant systems in different ways. The influence of SA and NaSA on the distribution of the heavy metal Cd may also differ. SA mainly facilitated the transport of Cd to the leaves, while NaSA mainly increased the PC level in the roots. These results show that the effects of exogenous SA application cannot be generalized in different experimental systems.
Katalin Janda, Éva Hideg, Gabriella Szalai, László Kovács, Tibor Janda: Salicylic acid may indirectly influence the photosynthetic electron transport, Journal of Plant Physiology 169: 971– 978, 2012
Orsolya Kinga Gondor, Magda Pál, Tibor Janda, Gabriella Szalai: Protectiive Effect of Different Forms of Salicylic Acid against Cd Stress in Young Maize Plants, PLANT BIOLOGY EUROPE FESPB/EPSO 2014 Congress Abstract Book, P148, 2014
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényélettani Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
