Egy specializált növényi szerv, a szimbiotikus gyökérgümő kialakulásához kapcsolódó folyamatok funkcionális genomikai vizsgálata. = Functional genomic analysis of the symbiotic root nodule organogenesis.

Abstract

A nitrogénkötő szimbiózis kialakulása során a pillangós virágú növényeken egy új szerv, a gyökérgümő jön létre, melyben az endoszimbionta baktériumok redukálják a légköri nitrogént a növény számára. A lucernával rokon Medicago truncatula modellnövényt vizsgáljuk, hogy megismerjük ennek a biológiai folyamatnak a molekuláris hátterét. A pályázaton belül egy szimbiotikus génnek (Lin) a mutáns fenotípus térképezésén alapuló klónozását és elsődleges leírását vállaltuk. A M. truncatula lin mutáns gyökerén a szimbionta baktérium adásakor a kezdeti növényi válaszreakciók indukálódnak, a sejtosztódás következtében a gümőprimordium kialakul a belső kéregsejtekből. A baktériumok bejutnak a gyökérszőrbe, azonban az infekció elhal a gyökér epidermiszben. A mutációt szenvedett génnek tehát elengedhetetlen funkciója van a gyökérgümő kialakulásában. Genetikai térképezéssel a mutációt helyét az egyes kapcsoltsági csoporton a DSI és SCP nevű molekuláris markerek között határoztuk meg. E két markert használtuk kiindulási pontként a genomsétához, melynek révén eljutottunk a mutációt hordozó régió meghatározásához, fizikai térképezéséhez, szekvenálásához. A lin mutációt egy ~ 1500 aminosav hosszúságú fehérjét kódoló génben azonosítottuk. A kódolt fehérje hordoz egy ún. U-box domént, mely szerint feltételezhető a fehérje ubiquitin ligáz aktivitása. Ezáltal a LIN fehérje feltételezett funkciója egy, a szimbiózis kialakulásában még nem vizsgált út, az ubiquitinációs folyamatok fontosságára mutat rá. | Symbiotic root nodules are special organs developed on the roots of legume plants upon rhizobial inoculation, in which biological nitrogen fixation takes place. We use the model legume Medicago truncatula as an object to acquire more information about the molecular background of this biological process. We have used positional cloning to isolate a new symbiotic gene playing important role in the nodule organogenesis as well as in the bacterial invasion Medicago truncatula. The M. truncatula lin (lumpy infections) mutant, defective in intermediate steps of nodule differentiation, has been identified as an EMS mutant of line Jemalong A17. This mutant is characterized by a 4-fold reduction in the number of infections, all of which arrest in the root epidermis, and by nodule primordia that initiate normally but fail to mature. For genetic mapping lin a mapping population was generated and the map position of lin has been determined between markers DSI and SCP on Linkage Group 1. These molecular markers were used to start the physical mapping and genome walking towards lin. The genomic region carrying the mutated gene was delimited by the help of recombinants, followed by sequencing. Sequence analyses revealed many candidate genes among which the lin mutation was identified in a gene coding for a large protein of ~ 1500 AA. Based on strong sequence homology the LIN protein contains a U-box domain and thereby is predicted to act as an E3 ubiquitin ligase