Prooxidáns és antioxidáns növényi gének a nem-gazda betegségrezisztenciában - funkció meghatározás géncsendesítéssel = Prooxidant and antioxidant plant genes in non-host resistance - functional identification by gene silencing

Prooxidáns, antioxidáns és programozott sejthalállal kapcsolatos gének mRNS-szintű kifejeződését vizsgáltuk az ún. nem-gazda rezisztenciában (=rezisztencia a más növényfajokat fertőző kórokozókkal szemben), vírus-, baktérium- és gomba kórokozókkal fertőzött dohányfélékben (Nicotiana spp.) és árpában. Kimutattuk, hogy a prooxidáns/antioxidáns egyensúly ebben a hatékony, gyors lefolyású rezisztenciaformában is döntő szerepet játszik: a prooxidánsok - elsősorban a szuperoxid - korai felhalmozódását antioxidáns (pl. szuperoxid-dizmutáz, glutation-S-transzferáz) és sejthalál-gátló (BAX inhibitor) gének által termelt fehérjék ellensúlyozzák. Kutatásaink szerint tehát a nem-gazda rezisztencia egyik kulcslépése lehet a kórokozókat gátló korai prooxidáns-felhalmozódás, ill. ezzel egyidőben a megtámadott növény antioxidáns kapacitásának gyors indukciója. Igazoltuk, hogy egy vírus kórokozó (TMV) ellen ható rezisztencia gén (N) terméke egy nem-gazda rezisztenciát előidéző másik vírus (TNV) fertőzésekor pontosan ellenkező hatást válthat ki, ugyanis fogékonysági faktorként hathat. Az N gént Nicotiana edwardsonii növényekben csendesítve (expresszióját gátolva) ugyanis a TMV-vel szembeni rezisztencia sérült, a TNV-vel szembeni nem-gazda rezisztencia viszont fokozódott. A vírusokkal szembeni nem-gazda rezisztenciát befolyásoló növényi gének azonosítása/jellemzése a jövő rezisztencia-nemesítését teheti még eredményesebbé. | We have investigated expression of plant genes involved in prooxidant and antioxidant effects and inhibition of programmed cell death during non-host resistance (i.e. resistance to pathogens that infect other plant species) to viral, bacterial and fungal pathogens in Nicotiana spp. and barley. We have shown the pivotal role of prooxidant/antioxidant balance during this quick and effective form of resistance: the early accumulation of prooxidants - primarily superoxide - is counteracted by proteins encoded by antioxidant (e.g. superoxide dismutase and glutathione S-transferase) and cell death inhibitor (BAX inhibitor) genes. According to our research a key component of non-host resistance could be the early prooxidant accumulation that inhibits pathogens and the quick induction of the antioxidant capacity of attacked plants. We have pointed to the fact that the product of a plant resistance gene (N) effective against a virus (TMV) could have a completely opposite effect during infection by a virus (TNV) that elicits non-host resistance: in the latter case the same product may function as a susceptibility factor. Following silencing of the N gene in Nicotiana edwardsonii resistance to TMV was compromised, while non-host resistance to TNV was enhanced. Identification and characterization of plant genes that influence non-host resistance to viruses could provide valuable information for resistance breeding in the future

Rezisztencia-formák felhasználása a növények immunizálására és ellenálló, transzgenikus növények nemesítésére = Application of resistance forms for immunizing plants against pathogenic infections and for breeding disease resistant transgenic crops

A ROS (pl. O2.-, H2O2) felhalmozódása a biotróf patogének által okozott betegségek ellen idéz elő rezisztenciát, a magas szintű antioxidáns kapacitás pedig tüneti rezisztenciát idéz elő nekrotróf kórokozók ellen. - Sikerült olyan dohány- és burgonyavonalakat előállítanunk, amelyek egy szuperoxid-dizmutáz (SOD) és kataláz (CAT) antioxidáns transzgént tartalmaznak. - Az antioxidáns kapacitás fokozását más úton is elértük. Ha kis koncentrációjú H2O2-vel kezeltük a dohányokat, ezek antioxidáns kapacitása jelentősen fokozódott. Az "immunizáló hatás" miatt tüneti rezisztenciát mutattak vírus-, baktérium- és gombakórokozók ellen. - A nem-gazda rezisztencia lényegének megismerése érdekében 18 gazdanövény/patogén kapcsolatot elemeztünk a O2.- akkumulációja szempontjából. A fogékony gazda/patogén kapcsolatokban nincs felhalmozódás, a gazda-rezisztens növényekben kb. 48 órával a fertőzés után a O2.- felhalmozódik, és a hiperszenzitív reakció (HR) is kialakul. A nem-gazda rezisztencia esetében az akkumuláció korábban lebonyolódik. Ez oka lehet a HR hiányának, amelyhez hozzájárulhat egy SOD gén és a BAX-inhibitor 1 gén átmeneti aktiválása is. Ha hősokkal és antioxidánsokkal a rezisztens növényekben gátoljuk a O2.--képződést, az ellenálló növény részlegesen fogékonnyá válik. - Kiderítettük, hogy egy kémiai rezisztencia-induktor (DCINA) úgy fejti ki hatását, hogy csökkenti az antioxidáns kapacitást, így fokozódik a H2O2 akkumulációja, és ez ellenállóságot okoz az árpalisztharmat ellen. | Accumulation of ROS in infected plants may cause resistance to biotrophic pathogens, while high antioxidant capacity is responsible for symptom resistance during diseases caused by necrotrophs. - We created transgenic tobacco and potato that overexpress tomato superoxide dismutase and maize catalase genes. - We also increased the plant´s antioxidant capacity by applying low concentrations of H2O2 which 'immunizes' tobacco plants (induces symptom resistance to viral, bacterial and fungal infections). - It was possible to explain the hitherto unknown mechanism of non-host resistance by analyzing accumulation of O2.- in 18 host/pathogen combinations. In susceptible combinations there was no accumulation. In resistant hosts O2.- accumulated ca. 48 hours after infection. O2.- killed the pathogen and induced plant cell death (hypersensitive response, HR). During non-host resistance, accumulation of O2.- occurred rather early, killing the pathogen and inhibiting HR. Temporary activation of the genes SOD and BAX-inhibitor 1 may also contribute to the lack of HR. When we applied heath shock and antioxidant treatments to barley, accumulation of O2.- in infected non-host and host-resistant plants was suppressed and the resistant plants became partially susceptible to powdery mildew. - Analyzing the mechanism of action of a resistance inducer (DCINA), we detected lower antioxidant capacity in treated barley and a twofold accumulation of H2O2 which caused resistance to powdery mildew

A deep learning-based approach for high-throughput hypocotyl phenotyping

Hypocotyl length determination is a widely used method to phenotype young seedlings. The measurement itself has advanced from using rulers and millimetre papers to assessing digitized images but remains a labour-intensive, monotonous and time-consuming procedure. To make high-throughput plant phenotyping possible, we developed a deep learning-based approach to simplify and accelerate this method. Our pipeline does not require a specialized imaging system but works well with low-quality images produced with a simple flatbed scanner or a smartphone camera. Moreover, it is easily adaptable for a diverse range of datasets not restricted to Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Furthermore, we show that the accuracy of the method reaches human performance. We not only provide the full code at https://github.com/biomag-lab/hypocotyl-UNet, but also give detailed instructions on how the algorithm can be trained with custom data, tailoring it for the requirements and imaging setup of the user

A csonthéjasok európai sárgasága (European stone fruit yellows, ESFY) fitoplazma vektorának, a szilva levélbolhának (Cacopsylla pruni Scopoli) vizsgálata Boldogkőváralja környékén

L