Hazai PVY izolátumok levéltetű átvitelében szerepet játszó gének molekuláris jellemzése = Molecular characterisation of genes playing role in aphid transmission of Hungarian PVY isolates

A potyvírusok levéltetű átviteléért a segítő fehérje (HC-Pro) és a köpenyfehérje (CP) három szakasza felelős: a HC-Pro amino-terminális végén található KITC motívum, a karboxi-terminális végén lévő PTK aminosav triplet és a CP DAG motívum. A burgonya Y vírus (PVY) általunk izolált, eltérő vektor hatékonyságú törzseit vizsgáltuk. A PVY-98, PVY-5 és PVY-111 törzsek HC-Pro és CP gének bázissorendjét meghatároztuk. A PVY törzsek HC-Pro fehérjéi nagyfokú hasonlóságot mutattak mind nukleinsav (98%), mind aminosav szinten (99%); a CP esetében a hasonlóság 91%, ill. 94% volt. A KITC, a PTK és a DAG motívum azonban teljesen megegyezett. Eredményeink azt bizonyítják, hogy a PVY levéltetű átvitelét szabályozó három aminosav motívumon kívül más tényezők is szerepet játszanak, mint pl. a HC-Pro és CP fehérje többi szakaszában talált aminosav különbségek. A PVY-5 és PVY-98 izolátumok HC-Pro génjét agrobaktérium vektorba klónoztuk és agrobaktériumba transzformáltuk. A zöld fluoreszcens proteinnel (GFP) transzformált transzgénikus növények segítségével vizsgáltuk a szuppresszor aktivitást. A PVY-98 és a PVY-H referencia izolátum HC-t tartalmazó klónnál sem lokális, sem szisztemikus csendesítés nem jött létre, a fluoreszkálás mértéke megegyező volt. A PVY-5 izolátumnál nem volt szuppresszió, a fehérje működésképtelen volt. A PVY-5 izolátumnál a szekvencia megváltozása stop kodont eredményezett. Így a fehérje karboxi-terminális vége nem íródott át, ezért vált működésképtelenné. | Three motifs of the helper component protease (HC-Pro) and the coat protein (CP) of potyviruses are involved in aphid transmission; KITC motif at the N-terminal of HC-Pro, PTK amino acid triplet at the C-terminal of HC-Pro and DAG motif of CP. HC-Pro and CP genes of Hungarian strains of Potato virus Y (PVY) with different aphid transmissibility were studied. Nucleotide sequences of the PVY-98, PVY-5 and PVY-111 were determined. Both nucleotide and amino acid sequences of HC-Pro proteins showed high similarity; 98% and 99%, respectively, while in the case of CP 91% and 94%, respectively. However KITC, PTK and DAG motifs were identical. According to our results, other factors also play role in aphid transmission of PVY beside the three conserved domains, such as alterations detected in other regions of HC-Pro and CP. HC-Pro and CP genes were cloned and transformed into Agrobacterium vector. Suppressor activity was examined using transgenic plants transformed with green fluorescence protein (GFP). With PVY-98 and PVY-H (as control strain) containing HC nor local neither systemic gene silencing occured, and they showed equal luminescence level. Controversially, there was not suppression with PVY-5, the protein proved to be non-functional. After checking the amino acid sequence of the PVY-5 isolate, a mutation that resulted in a stop codon was found. Thus, the C-terminal of the protein could not be translated and became non-functional

Vírusfertőzés hatása a növények fotokémiai rendszereinek kialakulására és működésére = Effect of virus infection on the development and function of plant photosystems

A fotoszintetikus rendszer vírusfertőzésre kialakult morfológiai és molekuláris összetételben bekövetkezett változásait két fő gazdanövény-kórokozó kapcsolatban vizsgáltuk, egyrészt a teljes sötétben nevelt, árpa csíkos mozaik vírussal magátvitel formájában fertőzött árpa csíranövények leveleiben, másrészt Tobamovírusokkal fertőzött paprika növényekben. A fertőzött árpa növények sejtjeiben már az etioplasztiszok kialakulása is gátlást szenvedett, amit a prolammelláris testek (PLB) és a protilakoid membránok rendellenességeivel jellemeztünk. Bár a fertőzés közvetlenül nem befolyásolta a protoklorofillid oxidoreduktáz (POR) enzim szerepét, mégis a megvilágítás hatására a fertőzött szövetekben a zöldülési folyamatok jelentős gátlást, késést szenvedtek, ami arra utal, hogy ebben a folyamatban a membrán-protein rendszer térbeli kialakulásában is zavar támad. A POR enzim immunolokalizálása során a kontroll csíranövényekben a jelölés nagymértékben a PLB-kra koncentrálódott. A vírusfertőzés csökkentette a POR enzim jelölést. A vírusfertőzés csökkentette a telítetlen zsírsavak és a galaktolipidek mennyiségét, és azok arányait is. A tobamovirusok fertőzése a különböző paprika fajták illetve vonalak leveleinek kloroplasztiszaiban a tilakoid membránok szerkezetében és összetételében is jellemző változásokat okozott az enyhe serkentéstől a súlyos károsításig, és rámutatott a PSII fotokémiai rendszer mellett a PSI károsodására is. | Effects of virus infections on the morphology and molecular structure of chloroplasts were studied in two host-parasite systems: in etiolated barley seedlings infected with Barley stripe mosaic virus (BSMV); and in pepper varieties infected by different Tobamoviruses. Seed transmission of BSMV altered the membrane structure of dark-grown barley etioplasts and caused the delay of greening processes after illumination, suggesting the early damage of chloroplast development. Immunolabeling intensity of protochlorophyllide oxidoreductase enzyme (POR) in etioplasts of infected barley leaves was weaker and the amount of the enzyme was lower than in non-infected plants. The lower amount of highly unsaturated fatty acids and the reduced abundance of galactolipids correlated with the previously detected reduction in prolamellar body to prothylakoid membrane ratio. The effect pathogenically different Tobamoviruses on the photosynthetic structures and the chlorophyll protein complexes were studied. Virus infection caused characteristic differences in the chlorophyll-protein complexes from the slight increase to the serious damage, including the alterations in PSII as well as in PSI photosystems

Molecular characterisation of Thrips tabaci Lindeman, 1889 (Thysanoptera: Thripidae) populations in Hungary based on the ITS2 sequences

Thrips tabaci is comprised of morphologically indistinguishable ‘biotypes’or cryptic species with various host ranges, populations propagating by distinct modes and with different virus vector ability. T. tabaci ‘communis-type’ has wide host range while T. tabaci ‘tabaci-type’ is associated only with tobacco. Since tobacco was introduced to Europe only 500 years ago, we supposed that the differentiation of the T. tabaci ‘tabaci-type’ population had to begin on another host species that is native to the Palaearctic region. To observe the interaction between host plant preference and molecular characteristics, maximum likelihood tree based on the sequences of the internal transcribed spacer 2 region of the rDNA (ITS2) of Thrips tabaci specimens collected on tobacco, onion, cabbage and distinct weed plants from various locations of Hungary was analysed. According to the results of the phylogenetic study the only common host for Thrips tabaci ‘tabaci-type’ and Thrips tabaci ‘communis-type’ was Solanum nigrum. This finding supported our hypothesis that the splitting process of the two main molecular clades could have happened on this solanaceous host species. To compare our results to that of the literature based on cytochrome oxidase I (COI) sequences further investigations with these markers (mitochondrial DNA markers) still needed

Changes in physiology, gene expression and ethylene biosynthesis in MDMV-infected sweet corn primed by small RNA pre-treatment

The physiological condition of plants is significantly affected by viral infections. Viral proliferation occurs at the expense of the energy and protein stores in infected plant cells. At the same time, plants invest much of their remaining resources in the fight against infection, making them even less capable of normal growth processes. Thus, the slowdown in the development and growth processes of plants leads to a large-scale decrease in plant biomass and yields, which may be a perceptible problem even at the level of the national economy. One form of protection against viral infections is treatment with small interfering RNA (siRNA) molecules, which can directly reduce the amount of virus that multiplies in plant cells by enhancing the process of highly conserved RNA interference in plants. The present work demonstrated how pre-treatment with siRNA may provide protection against MDMV (Maize dwarf mosaic virus) infection in sweet corn (Zea mays cv. saccharata var. Honey Koern). In addition to monitoring the physiological condition of the maize plants, the accumulation of the virus in young leaves was examined, parallel, with changes in the plant RNA interference system and the ethylene (ET) biosynthetic pathway. The siRNA pre-treatment activated the plant antiviral defence system, thus significantly reducing viral RNA and coat protein levels in the youngest leaves of the plants. The lower initial amount of virus meant a weaker stress load, which allowed the plants to devote more energy to their growth and development. In contrast, small RNA pre-treatment did not initially have a significant effect on the ET biosynthetic pathway, but later a significant decrease was observed both in the level of transcription of genes responsible for ET production and, in the amount of ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid) metabolite. The significantly better physiological condition, enhanced RNAi response and lower quantity of virus particles in siRNA pretreated plants, suggested that siRNA pre-treatment stimulated the antiviral defence mechanisms in MDMV infected plants. In addition, the consistently lower ACC content of the plants pre-treated with siRNA suggest that ET does not significantly contribute to the successful defence in this maize hybrid type against MDMV

Phylogenetic analysis of Tomato spotted wilt virus (TSWV) NSs protein demonstrates the isolated emergence of resistance-breaking strains in pepper

Resurgence of Tomato spotted wilt virus (TSWV) worldwide as well as in Hungary causing heavy economic losses directed the attention to the factors con- tributing to the outbreak of this serious epidemics. The introgression of Tsw resistance gene into various pepper cultivars seemed to solve TSWV control, but widely used resistant pepper cultivars bearing the same, unique resis- tance locus evoked the rapid emergence of resistance- breaking (RB) TSWV strains. In Hungary, the sporadic appearance of RB strains in pepper-producing region was first observed in 2010–2011, but in 2012 it was detected frequently. Previously, the non-structural protein (NSs) encoded by small RNA (S RNA) of TSWV was verified as the avirulence factor for Tsw resistance, therefore we analyzed the S RNA of the Hungarian RB and wild type (WT) isolates and compared to previously analyzed TSWV strains with RB properties from different geographical origins. Phylogenetic analysis demonstrated that the dif- ferent RB strains had the closest relationship with the local WT isolates and there is no conserved mutation present in all the NSs genes of RB isolates from different geograph- ical origins. According to these results, we concluded that the RB isolates evolved separately in geographic point of view, and also according to the RB mechanism

Természetes vegyület, az S-metilmetionin hatásának vizsgálata a paradicsom és a kukorica fiziológiai sajátságaira, biotikus és abiotikus stressztoleranciájára = Effect of the natural compound S-methylmethionine on the physiological characteristics, biotic and abiotic stress tolerance of tomato and maize

Az S-metilmetionin (SMM) stresszvédelemben betöltött szerepét vizsgáltuk. Megállapítottuk, hogy ez a természetes, nem proteinogén aminosav jelentős szerepet játszik a vizsgált növények abiotikus és biotikus stresszorokkal szembeni védekezőképességének kialakításában, a stressztolerancia növelésében. Közvetlenül szerepel a kénanyagcsere alapvető folyamataiban, befolyásolja poliaminok bioszintézisét, mint az S-adenozilmetionin prekurzora és mint aminopropil-donor vegyület membránvédő, stabilizáló hatású. Transzkripció szinten elősegíti a hidegstressz elleni védelemben központi szabályozóként működő, számos gén kifejeződését együtt szabályozó CBF transzkripciós faktorok expresszióját. Növeli az ugyancsak sokoldalú szabályozó és stresszvédő poliaminok, valamint az általános stresszvédelemben jelentős fenilpropanoidok (fenoloidok, antociánok) szintéziséért felelős gének expresszióját. Mindezek következményeként a metabolomikai szinten bekövetkező változások jelentős fiziológiai választ eredményeznek. Fontos szerepe van egy- és kétszikű növények vírusok elleni védelmében is, csökkentve a víruskoncentrációt, lassítva a vírusok terjedését és szaporodását a gazdanövényekben, amihez hozzájárulhat, hogy fokozza a hormonok és a stresszvédő kénvegyületek képzésében fontos szerepet betöltő S-adenozilmetionin szintéziséért felelős gén expresszióját. Az SMM hatására jellemző a priming hatás, ami előkészíti a növényt a stresszre és lehetővé teszi a gyorsabb és hatékonyabb stresszválaszt. | The present work aimed to reveal the multiple role of SMM in protection against biotic and abiotic stressors. We proved that this non–proteinogenic amino acid has an important function in the development of defence potential and in the improvement of stress and disease tolerance of examined plants. At the level of transcription SMM exerts its effect via central regulatory factor CBF, which influences the expression of number of genes during cold stress as a coordinator. The effect of SMM is chiefly manifested in its influence on the expression of CBFs that act as central coordinator in the regulation of number of genes during cold stress. In addition, SMM enhances the expression of regulatory and stress protecting polyamines and the expression of genes coding for proteins with beneficial influence in defence compound phenolics, for instance anthocyanins. The changes of gene expression result in changes of metabolomic and physiological processes of plants. SMM has an important role in biotic stress protection against both of TSWV virus of tomato and the MDMV virus of maize, decreasing the virus concentrations and moderating their replication in plant. This beneficial influence may be due to its effect in increasing the expression of gene responsible for S-adenosylmethionine synthesis, which is important in the synthesis of stress protecting compounds. We found that SMM characteristically affects due to a priming effect, resulting in faster and improved stress response