A növényi cirkadián óra beállításának molekuláris mechanizmusa  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
73362
típus K
Vezető kutató Kozma Bognár László
magyar cím A növényi cirkadián óra beállításának molekuláris mechanizmusa
Angol cím The molecular mechanism of entrainment of the plant circadian clock
magyar kulcsszavak cirkadián ritmus/óra, Arabidopsis, fény jelátvitel
angol kulcsszavak circadian rhythm/clock, Arabidopsis, light signal transduction
megadott besorolás
Biomolekulák bioszintézise, modifikációja és lebontása (Orvosi és Biológiai Tudományok)100 %
Ortelius tudományág: Molekuláris biológia
zsűri Molekuláris Biológia–Molekuláris Interakciók
Kutatóhely Növénybiológiai Intézet (MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont)
résztvevők Fehér Balázs
Fejes Erzsébet
Gyula Péter
Palágyi Andrea
Terecskei Kata
projekt kezdete 2008-09-01
projekt vége 2012-03-31
aktuális összeg (MFt) 22.000
FTE (kutatóév egyenérték) 8.45
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A cirkadián óra egy olyan biológiai oszcillátor, amelyet az óragének és az általuk kódolt órafehérjék építenek fel negatív visszacsatoláson alapuló szabályozó hurkokat alkotva. E szabályozás következtében az órakomponensek kifejeződése kb. 24 órás oszcillációt mutat, ami közvetve számos molekuláris és élettani folyamat (génkifejeződés, alvás/ébrenlét ciklus) ritmikus szabályozásához vezet. Ez adott folyamatok adott napszakra történő precíz időzítését eredményezi, ami nagyban segíti az élő szervezetek alkalmazkodását a nappalok és éjszakák váltakozásához, de csak akkor, ha az óra által jelzett belső idő összhangban van a külső, valós idővel. Természetes körülmények között a hőmérséklet- és fényviszonyok akut változása szinkronizálja az órát a valós időhöz egyes órakomponensek aktivitásának/mennyiségének gyors megváltoztatása révén. Bár az óra élettani funkciója szempontjából alapvető fontosságú, a beállítás részletei ismeretlenek a növényi rendszerben. Pályázatunk fő célkitűzése annak a molekuláris mechanizmusnak a felderítése, amelynek révén a fény jelek beállítják a cirkadián órát az Arabidopsis thaliana modellnövényben. Kutatásaink várhatóan tisztázzák, hogy a növényi óra mely komponensei válaszolnak elsődlegesen a beállító fény jelekre, milyen molekuláris változások következnek be e komponensek állapotában és ezek milyen módon vezetnek az oszcillátor beállításához. Kísérleteink új ismeretekre vezetnek az UV-B fénynek a növényi cirkadián órára gyakorolt hatását illetően is, amelyet még nem vizsgáltak növényekben. Korábbi munkánk során azonosítottuk a lip1 mutánst, amely speciális szerepet játszik a fényindukált beállítás során, ezért a LIP1 fehérje ezirányú funkciójának megismerése újabb fontos részleteket fog feltárni a folyamat molekuláris alapjait illetően. A tervezett projekt hiánypótló jellegű, a megvalósítás során egy új indukálható növényi génexpressziós rendszert is létrehozunk, így az eredmények a kronobiológiával és növényi molekuláris biológiával foglalkozó kutatók érdeklődésére egyaránt számot tartanak. A kutatás során az általunk magas szinten és rutinszerűen használt módszereket alkalmazzuk kiemelkedő infrastrukúrális támogatás mellett. Ez, valamint a résztvevő kutatók elméleti és gyakorlati felkészülsége garantálja az eredmények elérését. A projekt alapkutatás jellegű, de az eredmények hasznosítása jobb alkalmazkodóképességű vagy módosított virágzási idejű haszonnövények nemesítése során hosszabb távon elképzelhető.
angol összefoglaló
At the core of eukaryotic circadian clocks, clock genes/proteins form regulatory negative feed-back loops and generate a basic ~24h oscillation in the expression of clock components, which provides daily regulation for a wide range of processes (gene expression, sleep/awake cycle). This temporal organisation enhances the fitness of the organism only if it corresponds to the natural day/night cycles. In nature, acute changes in temperature and light conditions synchronise the clock to real time by causing prompt changes in the level/activity of certain clock components. Despite its importance for the proper function of the clock, the mechanism underlying this process (termed entrainment or resetting) remained unknown in plants. Our aim is to reveal the molecular details of light induced entrainment in the model plant Arabidopsis thaliana. The results will indicate (i) the clock components that are first affected by light and therefore could be the primary targets for resetting signals, and (ii) the sequence of the molecular events resulting in correct resetting/synchronisation of the clock to real time. UV-B is an important component of sunlight, but its effect on entrainment has not been tested yet. Our results will first report on this potential role of UV-B light. We have identified a novel circadian mutant with a unique resetting phenotype recently. Analysis of functional and physical interactions of the corresponding protein with the known clock components will provide invaluable insights in the molecular mechanism of entrainment. Our results will provide the long awaited details about light resetting in plants, but due to an innovative approach to induction of gene expression, the project will be of general interest to the Plant Community. The use of state-of-art methods, the excellent infrastructure at the BRC and the theoretical and practical expertise of the researchers will guarantee the successful implementation of the experiments.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
A növényi cirkadián óra magját, más eukariotákhoz hasonlóan, az ún. óragének alkotják, amelyek egymás működését szabályozva egy önfenntartó, mintegy 24 órás ritmust alakítanak ki saját kifejeződésük szintjén. Az óra számos alapvető életfolyamat napszakos megjelenését szabályozza, így fontos, hogy az óra működése összhangban legyen a valós idővel. A beállítás során jön létre ez az összhang. A legfontosabb beállító külső jel a fény, amelynek intenzitása hűen követi a napszakok váltakozását. Munkánk során azt vizsgáltuk, hogy a fény milyen molekuláris mechanizmusok útján állítja be az óra fázisát. Kimutattuk, hogy a fénypulzusok által kiváltott elsődleges változás bizonyos óragének transzkripciójának tranziens indukciója, amelyet passzív módon követ az adott fehérjék mennyiségének emelkedése, ami végül az óra fázis-csúszását eredményezi. Mutánsok vizsgálatával megállapítottuk, hogy egyes óragének indukciója pozitív, ill. negatív módon szabályozza az óra fényre adott válaszának erősségét. Megállapításunkat egy új indukciós rendszer felépítésével és alkalmazásával is igazoltuk, melynek segítségével egyedei óragének tranziens indukciójának hatását vizsgálhattuk. Elsőként bizonyítottuk, hogy az UV-B fény a látható fényhez hasonló mechanizmus útján állítja be az órát és igazoltuk, hogy az óra fázisfüggő módon gátolja egyes UV-B válaszok megjelenését. Azonosítottuk a fitokróm B fotoreceptor azon doménjét, amely a fényjeleket közvetett módon az órához (óragénekhez) továbbítja.
kutatási eredmények (angolul)
Circadian clocks are biochemical timing mechanisms providing temporal regulation to a wide range of molecular and physiological processes so that these processes are scheduled to the most appropriate time of the day/night cycle. In plants the central oscillator relies on transcriptional/translational feedback loops operated by the clock genes/proteins. The central oscillator is synchronized to the day/night cycle mainly by light signals (input), whereas the rhythmic signal from the oscillator is relayed via the output pathway. In this project, we have investigated the molecular mechanisms, by which light signals reset the clock. We showed that the primary effect of light signals is the transient transcriptional activation of certain clock genes, followed by concomitant increase in protein levels leading to phase shifts of the clock. Analysis of clock mutants led to the identification of clock genes, whose induction represent positive or negative effects on the magnitude of the phase response of the clock. This was verified by the use of a novel gene expression system allowing separate induction of single (clock)genes. We have demonstrated first that UV-B light resets the clock through the same mechanism as visible light does, and provided evidences that the clock inhibits certain UV-B responses in a phase-dependent manner. Moreover, we identified the particular domain of the phytochrome B photoreceptor that relays resetting signals towards the clock.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73362
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Sorokina O, Kapus A, Terecskei K, Dixon LE, Kozma-Bognar L, Nagy F, Millar AJ: A switchable light-input, light-output system modelled and constructed in yeast, Journal of Biological Engineering, 17;3:15., 2009
Kozma-Bognár László, Nagy Ferenc: Napi ritmusok : az idő, mint jel, in: Szabó Gábor SEJTBIOLÓGIA MEDICINA (2009) 482-493, 2009
Palágyi A, Terecskei K, Adám E, Kevei E, Kircher S, Mérai Z, Schäfer E, Nagy F, Kozma-Bognár L: Functional analysis of amino-terminal domains of the photoreceptor phytochrome B, Plant Physiology, 153(4):1834-45., 2010
Dixon LE, Knox K, Kozma-Bognar L, Southern MM, Pokhilko A, Millar AJ: Temporal repression of core circadian genes is mediated through EARLY FLOWERING 3 in Arabidopsis, Current Biology, 21(2):120-5., 2011
Fehér B, Kozma-Bognár L, Kevei E, Hajdu A, Binkert M, Davis SJ, Schäfer E, Ulm R, Nagy F.: Functional interaction of the circadian clock and UV RESISTANCE LOCUS 8-controlled UV-B signaling pathways in Arabidopsis thaliana, Plant Journal. 67(1):37-48, 2011
Wenden B, Kozma-Bognár L, Edwards KD, Hall AJ, Locke JC, Millar AJ: Light inputs shape the Arabidopsis circadian system., Plant Journal, 66(3):480-91., 2011
Wolf I, Kircher S, Fejes E, Kozma-Bognár L, Schäfer E, Nagy F, Adám E: Light-regulated nuclear import and degradation of Arabidopsis phytochrome-A N-terminal fragments, Plant & Cell Physiology, 52(2):361-72., 2011





 

Projekt eseményei

 
2012-03-21 08:14:16
Résztvevők változása




vissza »