Génexpressziós változások összehasonlító vizsgálata, a tünetkialakulásban és a vírusfertőzésben szerepet játszó gének azonosítása növényekben = Comparative investigation of gene expression changes, identification of genes playing central role in symptom development and virus infection processes in plants

Vírusfertőzött növényekben a vírus megváltoztatja a gazdanövény génexpressziós rendszerét (fontos gazdagének expresszióját csökkenti: „shut-off”) és indukálja a növény védekező rendszerét, a géncsendesítést. Pályázatunk során e két folyamatot vizsgálva azonosítottunk, olyan géneket, melyek fontos szerepet játszanak a vírusfertőzött növényeken megjelenő betegségtünetek kialakításában. Különböző vírusokkal fertőzött N.benthamiana növényeken végzett összehasonlító microarray hibridizációs kísérleteinkben „shut-off”-ot kialakító, és nem kialakító vírus-növény kapcsolatok génexpressziós mintázatát hasonlítottuk össze. Megállapítottuk, hogy egyes kapcsolatokban a vírus alapvetően, más kapcsolatokban alig változtatja meg a gazda génexpresszióját, és azonosítottunk olyan géneket, melyek e különböző kapcsolatokban eltérően expresszálnak és feltehetőleg meghatározzák a fertőzés lefolyását. A géncsendesítés folyamatának vizsgálatakor a rendszer központi végrehajtó molekulájának az Argonaute1 fehérjének a szerepét vizsgáltuk. Kimutattuk, hogy vírusfertőzés hatására megnő az aktivitását gátló miR168 mennyisége. Mutáns növények, tranziens expresszió és target mimikris technológia felhasználásával bizonyítottuk, hogy a miR168 az AGO1 mRNS kifejeződését transzlációsan gátolja. Mutáns vírusok és tranziens expresszió segítségével azt is bizonyítottuk, hogy a miR168 aktivációja során a prekurzor expressziója nő meg , ami a virális géncsendesítést gátló fehérjék aktivitásának köszönhető. A kísérleteink során azonosított gének, molekuláris mechanizmusuk felderítése után alkalmasak lehetnek új alternatív vírusellenes technológiák kidolgozására. | In virus infected plants the virus interferes with the gene expression pattern of the host (downregulates important housekeeping genes: „shut-off”) and induces the gene silencing based plant protection mechanism. In our work we identified genes important in symptom developement in virus infected plants studying these two processes. Gene expression patterns of N. bethamiana plants infected with different viruses, showing „shut-off” or not, were compared in microarray hibridization experiments. We revealed that the virus can profoundly or slightly alter the host methabolism depending on the type of the plant-virus interaction and identified differently expressed genes probably responsible for this phenomenon. Argonaute 1 is the main executor molecule of gene silencing and is under the control of miR168. In virus infected plants we showed that the miR168 level is increased. Using mutant plants, transient expression and target mimicry construct we demonstrated that miR168 can translationally block the expression AGO1 mRNA activity. Using mutant viruses and transient assay we further showed that miR168 induction happens because of the induced expression of a precursor gene resulting from the action of viral silencing supressor proteins. Further analyses of the molecular mechanisms of the identified genes in our studies can provide a basis for elaboration of new plant protection strategies against viral infection

Poszt-transzkripcionális géncsendesítés és szupresszió molekuláris mechanizmusának feltárása növényekben = Unraveling the mechanism of Post-transcriptional gene silencing and suppression in plants

Az RNS silencing, egy géninaktivációs mechanizmus, amely szinte az összes eukarióta szervezetben működik, és magába foglalja az állati RNS interferencia és a növényi poszt-ranszkripcionális géncsendesítés (PTGS) jelenségét. A növényekben a PTGS mint antivirális mechanizmus is működik. Kutatásaink folyamán feltártuk, hogy a vírus RNS erős másodlagos szerkezettel bíró részei aktiválják a PTGS alapú antivirális mechanizmust oly módon, hogy a DICER nevezetű RNAse III típusú enzim kis 21-26 nukleotid hosszú RNS molekulákká, ún. siRNS-ekké darabolják a másodlagos szerkezettel bíró vírus RNS szakaszokat. A vírus fertőzte növényekben felhalmozódó siRNS-ek beépülnek a PTGS másik effector komplexebe a RISC-be amely vírus specfikus siRNS-ek miatt specifikusan gátolja a vírus RNS kifejeződését. Igazoltuk, hogy ez a gátlás a vírus genom specifikus vágásával megy végbe. A vírusok az evolúció során silencing szupresszor fehérjék termelésével válaszoltak a növények antivirális reakciójára. Laboratóriumunkban a világon először sikerült feltárnunk egy ilyen silencing szupresszor fehérje (Cymbidium ringspot vírus kódolta p19 fehérje) kristályszerkezetét és molekuláris működését. Megállapítottuk, hogy a p19 szupresszor fehérje a siRNS-ek megkötésével gátolja az antivirális RISC felépülését, így a PTGS alapú antivirális választ. Igazoltuk továbbá, hogy ez a molekuláris mechanizmus altalánosan elterjedt a növényi vírus kódolta silencing szupresszor fehérjék működésében. | RNA silencing is conserved in a broad range of eukaryotes and includes the phenomena of RNA interference in animals and posttranscriptional gene silencing (PTGS) in plants. In higher plants, PTGS acts as an antiviral system, and we have explored that antiviral PTGS is induced by viral dsRNAs or structured single-stranded RNAs (ssRNAs) that are processed into small interfering RNAs (siRNAs) by RNase III-like enzymes such as DICER. These virus specific siRNAs than guide the sequences pecific degradation of target viral RNAs by the RNA-induced silencing complex (RISC). We also showed that antiviral RISC, which programmed by the virus specific siRNAs mediates the cleavage of a target viral RNA when there is perfect or nearly perfect base pairing between the target. To counteract an antiviral RNA silencing response, plant viruses evolved and express silencing suppressor proteins. At the first time we explored the structure and molecular bases of a silencing suppressor protein. We have shown that the 19 kDa protein (p19) of Cymbidium ringspot virus is a systemic silencing suppressor that prevents the assembly of antiviral RISC complexis by binding and sequestering of siRNAs, thus inhibiting the PTGS based antiviral response. Moreover we also confirmed that sequestering of siRNA is a common strategy of silencing suppressor proteins, encoded by plant viruses

Mikro RNS alapú génszabályozás mechanizmusának vizsgálata növényekben = Characterization of the mechanism of miRNA controlled gene expression in plants

A vírusfertőzési folyamatok tanulmányozása során kimutatható volt az AGO1 mRNS és a miR168 expressziójának emelkedése. Különböző növény-vírus interakciókat vizsgálva kimutattuk, hogy az AGO1 mRNS a gazda védekezési reakciójának következtében nő meg, míg a megemelkedett miR168 szint, mely térben átfed a vírus által elfoglalt növényi szektorokkal, a vírus ellentámadásának a következménye. Kimutattuk, hogy a miR168 indukció a miR168 prekurzor molekula megnőtt expressziójának és felgyorsult érésének az eredménye. Eredményeink szerint a megemelkedett miR168 szint transzlációsan gátolja az AGO1 mRNS-t, így a növényben az AGO1 fehérje szintje lecsökken. A növények géncsendesítés alapú védekező válaszának elkerülésére a vírusok különböző szupresszor molekulákat fejlesztettek ki, melyek ezt a folyamatot más-más szinten képesek gátolni. Az általunk tranziens rendszerben vizsgált különböző silencing szupresszorok minden esetben indukálták a miR168 termelődését. Ezek szerint a különböző silencing szupresszorok speciális hatásuk mellett egy univerzális mechanizmussal is gátolják a növény védekező folyamatait: a miR168 szintjének megelelésével gátolják az AGO1 fehérje akkumulációját és így aktivitását. | Virus infections induce the expression of ARGONAUTE1 (AGO1) mRNA and in parallel enhance the accumulation of miR168 (regulator of AGO1 mRNA). Here we show that in virus infected plants the enhanced expression of AGO1 mRNA is not accompanied by increased AGO1 protein accumulation. We also demonstrate that the induction of AGO1 mRNA level is a part of the host defence reaction while the induction of miR168, which overlaps spatially with virus-occupied sectors, is mediated mainly by the Tombusvirus p19 RNA silencing suppressor. The absence of p19 results in the elimination of miR168 induction and accompanied with the enhanced accumulation of AGO1 protein. In transient expression study p19 mediates the induction of miR168 and the down regulation of endogenous AGO1 level. P19 is not able to efficiently bind miR168 in virus infected plants indicating that this activity is uncoupled from the small RNA binding capacity of p19. Our results imply that plant viruses can inhibit the translational capacity of AGO1 mRNA by modulating the endogenous miR168 level to alleviate the anti-viral function of AGO1 protein

Role of selenite and selenate uptake by maize plants in chlorophyll A and B content

K

Pest, Zala és Bács-Kiskun megyékből származó propolisz minták elemtartalmi összetétele

K

Effects of molybdenum treatments on maize and sunflower seedlings

K