The regulatory role of brassinosteroids in the morphogenic determination of plant organs  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
68201
Type K
Principal investigator Szekeres, Miklós
Title in Hungarian A brasszinoszteroidok szerepének vizsgálata a növényi szervek morfogenezisének szabályozásában
Title in English The regulatory role of brassinosteroids in the morphogenic determination of plant organs
Keywords in Hungarian hormonális szabályozás, brasszinoszteroidok, morfogenezis, csírázás, virágzás
Keywords in English hormonal regulation, brassinosteroids, morphogenesis, germination, flowering
Discipline
Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Cell biology and molecular transport mechanisms (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Panel Cellular and Developmental Biology
Department or equivalent Institute of Plant Biology (Biological Research Centre Szeged)
Participants Gyula, Péter
Kozma-Bognár, László
Szatmári, Anna-Mária
Valkai, Ildikó
Starting date 2007-07-01
Closing date 2012-07-31
Funding (in million HUF) 16.000
FTE (full time equivalent) 8.32
state closed project
Summary in Hungarian
A brasszinoszteroidok növényi szteroid hormonok, amelyek számos egyedfejlődési lépés szabályozásának esszenciális regulátorai. E hormoncsalád bioszintázisének és érzékelésének folyamatai mára jórészt ismertté váltak, de ezen ismeretek funkcionális integrációja még várat magára. Ugyanakkor csak az elmúlt két év során derült fény a bioszintézis út utolsó, legfontosabb lépésére és annak fény általi szabályozására, a brasszinoszteroidok transzportjának hiányára, valamint e hormonoknak a virág- és termésfejlődésben játszott meghatározó szerepére. Mindezen eredmények fényében munkánk fő célja, hogy - elsősorban riportergének felhasználásával - megismerjük a brasszinoszteroidok hatásmódját néhény kitüntetett morfogenikus folyamat (csírázás, virág- és termésképzés) során, párhuzamosan vizsgálva a bioszintetikus és érzékelési folyamatok változásait. Célunk továbbá egy olyan riportergén-alapú indikátor rendszer kifejlesztése is, amely lehetővé teszi az endogén hormonszint változásainak sejtszintű követését in vivo körülmények között. Vizsgálataink szervesen épülnek a laboratóriumunkban korábban elért eredményekre és tapasztalatra, ezért a vállalt feladatok mindegyikének maradéktalan realizálására számítunk. Eredményeink várhatóan jelentősen hozzájárulnak majd a brasszinoszteroidok funkcionális szerepének és hatásmódjának alaposabb megismeréséhez, de gyakorlati hasznosításukat legfeljebb hosszabb távon, a virág- és termésképzéssel kapcsolatos vizsgálatok vonatkozásában tartjuk elképzelhetőnek.
Summary
Brassinosteroids are steroidal plant hormones that are essential regulators of multiple developmental processes. In phytohormone biology, the biosynthesis and signaling routes of this hormone group are among the best-characterized ones, but the available information still awaits an integrative assessment. Very recently several breakthrough results have been reported, which identified the last and most important step of the brassinosteroid pathway and revealed its regulation by light, substantiated the lack of in planta hormone transport, and proved the instrumental role of brassinosteroid regulation during flower and fruit development. Based on these developments our main objective is to reveal, by the use of reporter gene constructs, the details of brassinosteroid action in the control of some crucial morphogenic events (e.g. germination, flower and fruit differentiation). We intend to achieve this by parallel analyses of the biosynthetic and perception processes. Our further goal is the development of reporter-based indicator systems that are suitable for the in vivo monitoring of changes in the brassinosteroid concentration at the cellular level. This project is based on previous results and experience of our laboratory, therefore we are confident that the research tasks can be fully realized. We expect that our results will make a substantial contribution to the understanding of the functional and regulatory roles of brassinosteroids. Although the data that are to be obtained in the context of flower and fruit development can have some biotechnological relevance, we do not anticipate their utilization in the near future.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A brasszinoszteroidok (BR-ok) növényi szteroid hormonok, amelyek fontos szerepet játszanak az egyedfejlődési és reproduktív funkciók szabályozásában. Munkánk célja olyan tényezők azonosítása volt, amelyek a sejtek szenzitizálása, ill. a hormon felhalmozása révén befolyásolhatják a BR válaszreakciókat. Kimutattuk, hogy a feltételezett egyenletes kifejeződéssel szemben a BR receptort kódoló BRI1 gén differenciált szerv- és fejlődés-specifikus expressziót mutat. BRI1 promóter-riporter fúziókat hordozó transzgenikus Arabidopsis vonalainkban a fokozott hormonérzékenység szoros korrelációt mutatott a receptor erős kifejeződésével, jelezve a receptor sűrűség és a válaszreakció kialakulása közti kapcsolatot. Másrészt meghatároztuk az aktív BR formák korábban ismeretlen szintjét az Arabidopsis egyes szerveiben, igazolva, hogy a hormon felhalmozódás mértékét jórészt a bioszintetikus gének transzkripciós szintű szabályozása határozza meg. A sebesség-meghatározó CPD/CYP90A1 enzimről episztázis analízissel kimutattuk, hogy az a szintézis hatékonyságát közvetlenül a BR szintézis első reakcióját követően kontrollálja. Az anyagcsereút utolsó, még tisztázatlan enzim funkcióját karakterizálva meghatároztuk, hogy a CPD/CYP90A1 a szteroid váz C-3 pozíciójának oxidációjáért felelős. Ezzel egyúttal kísérletes bizonyítékot szolgáltattunk egy új, a korábban ismertnél hatékonyabb BR szintézisút in vivo jelentőségére.
Results in English
Brassinosteroids (BRs) are steroidal plant hormones controlling morphogenesis and reproductive development. The aim of our project was to elucidate basic mechanisms that influence BR responses by modulating cellular susceptibility or accumulation of the biologically active hormone. We demonstrated that, in contrast to an earlier concept of ubiquitous expression, the BRI1 gene encoding the BR receptor shows differential organ-specific and developmental activity. Our BRI1 promoter-reporter constructs revealed that in Arabidopsis elevated BRI1 expression coincides with increased BR responsiveness, suggesting an important role for receptor abundance in the initiation of BR signaling. In a different approach we determined the hitherto unknown distribution of active BRs in the various organs of Arabidopsis, and provided evidence that the transcriptional control of BR biosynthetic genes efficiently regulates hormone accumulation. We have shown that CPD/CYP90A1 is a key enzyme of BR biosynthesis and, using epistasis analysis, we demonstrated that it controls intermediate flow immediately downstream of the first committed step of the BR pathway. Characterizing the last unknown enzyme function in the BR pathway, we clarified by in vitro enzyme assays that CPD/CYP90A catalyzes the C-3 oxidation of early BR intermediates. Based on this result we proposed an enzymologically well supported novel BR biosynthetic pathway.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=68201
Decision
Yes





 

List of publications

 
Ohnishi T; Bancos S; Watanabe B; Fujioka S; Yokota T; Sakata K; Szekeres M; Mizutani M: Biochemical characterization of brassinosteroid C-3 oxidase, Plant Cell Physiol 48: S200, 2007
Hategan L; Bindics J; Szekeres M: Developmentally regulated expression of the BRI1 brassinosteroid receptor in Arabidopsis thaliana., Acta Biol Szegediensis 52: 57-58, 2008
Hategan L; Godza B; Bindics J; Nagy F; Szekeres M: A BRI1 brasszinoszteroid receptor szabályozott kifejeződésének szerepe a növények morfogenezisében, Absztrakt #PG16, 8. Magyar Genetikai Kongresszus, 2009
Hategan L; Godza B; Nagy F Bishop GJ Szekeres M: Modulation of brassinosteroid sensitivity via differential expression of the BRI1 receptor, Absztrakt #PS05-58, 20. International Plant Growth Substances Association Conference, 2010
Hategan L, Godza B, Nagy F, Szekeres M: A receptor-eloszlás hatása a növényi szteroid hormon által szabályozott morfogenikus folyamatokra, 9. Magyar Genetikai Kongresszus, 2011
Hategan L; Godza B; Szekeres M: Regulation of brassinosteroid metabolism, Springer, Heidelberg, pp 57-81, 2011
Ohnishi T, Godza B, Bunta W, Fujioka S, Hategan L, Kouhei I, Yokota T, Szekeres M, Mizutani M: Arabidopsis CYP90A1/CPD catalyzes C-3 oxidation in brassinosteroid biosynthesis, J Biol Chem (elfogadva), 2012
Hategan L, Godza B, Kozma-Bognar L, Bishop GJ, Nagy F, Szekeres M: Brassinosteroid sensitivity is modulated by differential expression of the BRI1 receptor, Planta (közlésre beküldve), 2012




Back »