Kiegészítések: A folytatás építészete

8

Stressztoleranciát biztosító gének azonosítása a halofita Lepidium crassifolium-ból

Extreme environmental conditions limit plant growth and impose abiotic stress to plants. Land degradation, including desertification, drought and salinity affects around one third of the global land surface (Jarraud 2005). Adaptation of plants to suboptimal conditions requires extensive physiological and molecular reprogramming, leading to major changes in metabolic, proteomic and transcript profiles. Research on model organisms such as Arabidopsis thaliana and application of system biology approaches has identified a number of genes and regulatory hubs which control the networks linking stress perception and metabolic or developmental responses (Ahuja et al. 2010). However, study of a stress sensitive model has limitations in understanding tolerance to harsh environments. Extremophile plants, such as xerophytes and halophytes can grow in arid regions or on saline soils, which are otherwise lethal to nonadapted species. Halophytes represent 1% of all plant species; can optimally thrive in the presence of 50–250mM NaCl, whilst some withstand salt concentrations up to 600mM NaCl (Flowers and Colmer 2008). While the physiology of halophytes has been extensively studied, molecular regulation of the extremophile character still remains to be understood. Eutrema salsugineum (previously called Thellungiella salsuginea) is a salt tolerant relative of Arabidopsis, which has been used in a number of comparative studies to reveal the genetic and molecular basis of halophytism (Amtmann 2009). Natural genetic variability of extremophiles is an attractive genetic resource to improve tolerance of crops to adverse environments (Nevo and Chen 2010). Transfer of tolerance traits to other species is however usually hampered by incompatibility. Transformation of genomic or cDNA libraries can facilitate random gene transfer between different species. Examples include a cDNA library of E. salsugineum, expressed in Arabidopsis, leading to the identification of several Eutrema genes which improved salt tolerance (Du et al. 2008). A binary bacterial artificial chromosome library was used to transfer large genomic fragments of E. salsugineum to Arabidopsis and screen for salt tolerance (Wang et al. 2010). Here, we describe the novel version of the Conditional cDNA Overexpressing System (COS), which was developed to randomly transfer and express cDNA clones in Arabidopsis under the control of a chemically inducible promoter system (Papdi et al. 2008; Rigó et al. 2012). The cDNA library was derived from the less-known halophyte of the Brassicaceae family Lepidium crassifolium, which naturally grows on salty-sodic soils in Central Europe and Asia. Random transfer and overexpression of L. crassifolium cDNA in Arabidopsis could facilitate the identification of novel tolerance genes. Here, we demonstrate that regulated expression of several L. crassifolium cDNA could enhance salt, osmotic or oxidative stress tolerance of Arabidopsis. The COS system is therefore suitable for interspecific gene transfer and can be employed to identify valuable genes from less-known wild species

Crazy-Clock Behavior and deterministic kinetic description of the Iodate-Arsenous Acid reaction

A jodát-arzénessav reakció számos „egzotikus” kémiai jelenség kísérleti demonstrálására alkalmas rendszer. A kinetikai leírást legtöbbször egy kétlépéses modellel hajtják végre, melyek a Dushman- és Roebuck-reakciókból áll. Külön érdekessége a rendszernek, hogy noha igen szélesköruen tanulmányozott, a bolondóra jellegu viselkedés (l. 3. oldal) elkerülte a kutatók figyelmét, mely pufferelt körülmények között is megfigyelheto. A jodát–arzénessav rendszerben pufferelt közegben, jodátfelesleg alkalmazása esetén bizonyítottuk a bolondóra viselkedést. A leírás érdekében 1290 független kinetikai mérést végeztünk el, kiegészítve a keverés hatékonyságának vizsgálatával egy modellrendszeren keresztül. A keverési sebesség szisztematikus változtatásával bizonyítottuk, hogy a hatékonyabb keverés hosszabb átlagos Landolt-idot eredményez. A keverés módjának változtatása azt bizonyította, hogy a reakció kimenetelének szempontjából az indítás pillanatában kialakuló inhomogenitások dönto fontosságúak, azonban a késobb fellépo keverési elégtelenségeket sem szabad elhanyagolnunk. A teljes oldattérfogat és a reaktor geometriája is jelentos hatással van a mért eloszlásgörbékre, a különbözo keveredések miatt. Bizonyítottuk azt a feltételezést, miszerint közel tökéletes kezdeti keverés esetén kis pH beállítása esetén a kinetikai görbék reprodukálhatóvá válnak, és stopped-flow idoskálára kerülnek. Az így nyert mérési eredményeket egy ötlépéses, egyszeru kinetikai modellel sikerült megillesztenünk, mely egyszerusége mellett megfeleloen leírja a rendszer fobb karakterisztikáját. Ez két, gyors eloegyensúlyt tartalmaz, továbbá egy, a jodát és az arzénessav között lejátszódó közvetlen reakciót. Ily módon az irodalomban széles körben elterjedt nézettel szemben a kezdeti jodidszennyezés nélkül is leírhatóvá válik a rendszer. A Roebuck-reakciót jellemzo kísérleti görbéket egy olyan kinetikai modellel sikerült leírnunk, amely elemi, vagy kvázi-elemi reakciósoron keresztül képes értelmezni a reakciót jellemzo jodid- és protoninhibíciót. A Dushman-reakció érzékeny az alkalmazott közegre, így a közegfüggo kinetikai paraméterek illesztését elvégeztük. A leíráshoz öt további kémiai reakciót vettünk figyelembe. Ezt követoen az összes (determinisztikus kinetikai) mérés illesztésével a két alrendszer és a jodát–arzénessav reakció leírását, 13 kémiai reakció figyelembevételével sikerült megoldanunk

A brasszinoszteroidok szerepének vizsgálata a növényi szervek morfogenezisének szabályozásában = The regulatory role of brassinosteroids in the morphogenic determination of plant organs

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. | 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

Mikromanipulációs kísérletek lézercsipesszel = Micromanipulation experiments with optical tweezers

A kutatás az optikai mikromanipuláció területén, különböző irányokban végzett fejlesztéseket és kutatási alkalmazásokat képviselt. A mikromanipuláció területén azt vizsgáltuk, milyen új manipulációs lehetőségeket nyújtanak speciális alakú próbatestek (ellentétben az általáéban használt gömb alakkal). Ennek során kidolgoztuk a lézeres fotopolimerizációs struktúra építés technikáját. Ezzel egyrészt a mikromanipuláció új lehetőségeit vizsgáltuk. Például, lehetőség nyílik torziós manipulálásra, csavarásra, meghatároztuk a DNS molekula torziós rugalmasságát. Ezen kívül, bonyolult struktúrákat építettünk, fénnyel hajtott mikrogépeket, mikrofluidikai csatornákat, integrált optikai szenzorokat. Ezekből bonyolultab összetett rendszereket raktunk össze: fénnyel vezérelt fluorescencia aktivált optikai sejtszeparátort. Kidolgoztuk a fénnyel vezérelt elektroozmózis eljárását. Itt elektromos térrel mozgatott folyadék áramlását vezéreljük fénnyel, ez érdekes jelenség, és új lehetőségeket nyújt mikrofluidikai rendszerek vezérlésében. | The research represented studies in the area of optical micromanipulation, both developing new procedures and basic applications. In the area of micromanipulation we investigated, what new possibilities are offered by test objects of special shapes (as opposed to the generally used spheres). In this process we developed the structure building by laser induced photopolymerization. With this we studied new possibilities of optical manipulation. For example, a poissibility emerges for torsional manipulation, twisting, we determined the torsional elasticity of DNA molecules. In addition, we built complex structures, light driven micromachines, microfluidics channels, integrated optical sensors. From this we constructed complex systems, e.g. a fluorescence activated cell separator. We developed the method of optically controlled electroosmosis. Here the fluid is driven by electric field and this is controlled by light. This is an interesting phenomenon, and is opens new possibilities in the control of microfluidics systems

On-line characterization of nanoparticles by single particle ICP-MS utilizing microfluidic devices

In this study, polydimethylsiloxane (PDMS) - glass microfluidic chips (MCs) were designed and fabricated using moulds prepared by a professional 3D printer. The prepared chips were used for the dilution, counting and characterization of nanoparticles (NPs) performing single particle inductively coupled plasma mass spectrometry (spICP-MS) measurements

Multifunctional microfluidic chips for the single particle inductively coupled plasma mass spectrometry analysis of inorganic nanoparticles

This study aimed at exploiting the so far unexploited potential of carrying out on-line sample pretreatment steps on microfluidic chips for single particle inductively coupled plasma mass spectrometry (spICP-MS) measurements, and demonstrating their ability to practically facilitate most of the simpler tasks involved in the spICP-MS analysis of nanoparticles. For this purpose, polydimethylsiloxane microfluidic chips, capable of high-range dilution and sample injection were made by casting, using high-precision, 3D-printed molds. Optimization of their geometry and functions was done by running several hydrodynamic simulations and by gravimetric, fluorescence enhanced microscope imaging and solution-based ICP-MS experiments. On the optimized microfluidic chips, several experiments were done, demonstrating the benefits of the approach and these devices, such as the determination of nanoparticle concentration using only a few tens of microliters of sample, elimination of solute interferences by dilution, solution-based size calibration and characterisation of binary nanoparticles. Due to the unique design of the chips, they can be linked together to extend the dilution range of the system by more than a magnitude per chip. This feature was also demonstrated in applications requiring multiple-magnitude dilution rates, when two chips were sequentially couple