Növényi Molekuláris Biológiai Csoport
A növényi stresszválasz molekuláris szabályozása

Kutatócsoport vezetője: Dr. Csiszár Jolán, egyetemi docens

Kutatócsoport tagjai:
Dr. Gallé Ágnes, egyetemi adjunktus
Dr. Horváth Edit, tanszéki mérnök
Bela Krisztina, tudományos munkatárs
Riyazuddin, tudományos munkatárs
Hajnal Ádám, PhD hallgató

Kutatási témák:
Reaktív oxigénformák (reactive oxygen species, ROS) keletkezése a normál aerob metabolizmus velejárója, de mennyiségük stressz körülmények között jelentősen megnőhet. Mivel nagyon reakcióképesek, felszaporodásuk a sejtben jelentős károkat okozhat. A különböző reaktív oxigénformák, ROS-termelő enzimek, antioxidánsok és azok oxidált/redukált állapota együttesen alkotják a sejtek redox homeosztázisát, ennek változása, a sejtek redox-regulációja fontos szerepet játszanak az abiotikus stresszre adott növényi válaszok közvetítésében.

Csoportunk a stresszválasz egyes elemeit a glutation bioszintézisben illetve más, az aszkorbát-glutation ciklushoz kapcsolódó metabolikus és/vagy jelátviteli lépésben (pl. glutation reduktáz, glutation peroxidáz, glutation transzferáz, dehidroaszkorbát reduktáz) mutáns lúdfű (Arabidopsis thaliana) növények segítségével tanulmányozza. Kutatásaink fókuszában az oxidatív stressz, redox állapot, a glutation és kapcsolódó mechanizmusok vizsgálata áll az Arabidopsis mellett paradicsom, búza, szálkaperje, repce és nyárfa növényeken.
           
  

Egyik kutatási irányunk egy új fluoreszcens technológia alkalmazása, amely a növényi szövetek, sejtek redox állapotának valós idejű monitorozását teszi lehetővé. A redox érzékeny zöld fluoreszcens protein (roGFP) használatán alapuló fluoreszcens riporter rendszerrel a redox állapot változását in vivo tudjuk nyomon követni.

A sejtre mérgező szubsztrátok redukált glutationnal történő összekapcsolása, detoxifikálása a glutation transzferázok (GST) enzimcsoport által a sikeres stresszválasz, az akklimatizáció fontos eleme. A sejtekben a GST-k működése révén létrejött glutation konjugátumok további méregtelenítési folyamaton esnek át, a vakuólumba transzportálódnak az ATP-függő ABC transzporterek segítségével. A két enzimcsalád vizsgálata, a folyamatban részt vevő izoenzimek, gének azonosítása, jellemzése is része csoportunk kutatási területének.

Másik célunk a szálkaperje (Brachypodium distachyon) sejtciklusában és az oldalgyökér képzésben kulcsfontosságú géneket szabályozó mikro-RNS-ek (miRNS-ek) vizsgálata. A miRNSek az mRNS-ek degradációján illetve a transzláció gátlásán keresztül géncsendesítést idézhetnek elő. A sejtciklus szabályozása, a sejtosztódás és a kis RNS-ek közötti kapcsolat megléte már ismert. Arabidopsisban a miR319-et azonosították először, amelynek túltermeltetése ráncos leveleket eredményez. Azóta több transzkripciós faktorról és fejlődésben szerepet játszó génről mutatták ki, hogy célpontjai szabályozó kis RNS-eknek, és együtt növények növekedését és fejlődését szabályozó rendszert alkotnak. Modellnövényünk, a szálkaperje, közeli rokona a búzának, árpának és a rozsnak, ami lehetővé teszi, hogy az ezen a kisméretű, gyorsnövésű egyszerű fűfélén szerzett ismereteinket a fenti gazdasági növényeinken a gyakorlatban is felhasználhassuk.

Alkalmazott módszerek, felszerelés:

• A ROS, lipidperoxidáció, aszkorbát, glutation tartalom és redox potenciál mérése, valamint az antioxidáns kapacitás és antioxidáns enzimek aktivitásának spektrofotometriás módszerrel történő meghatározása, izoenzim mintázat vizsgálata natív poliakrilamid gélelektroforézis segítségével;
• a roGFP használata a redox állapot változásainak nyomon követésére;
• in silico ”adat bányászat”, géncsaládok filogenetikai kapcsolatának vizsgálata;
• DNS, RNS izolálása és elemzése;
• génkifejeződés vizsgálata valós idejű kvantitatív PCR használatával;
• steril szövettenyészetek, növény regeneráció.

Tudományos kapcsolatok és együttműködések:

• Dr. Györgyey János, tudományos főmunkatárs, MTA SZBK Növénybiológiai Intézet, Szeged
• Dr. Szabados László, tudományos tanácsadó, MTA SZBK Növénybiológiai Intézet, Szeged
• Dr. Pauk János, kutatási igazgatóhelyettes, Gabonakutató Nonprofit Közhasznú Kht, Szeged
• Dr. Sorina Popescu, Bánát Agrártudományi Egyetem, Temesvár, Románia
• Prof. Dr. Dubravka Stajner, Újvidéki Egyetem, Mezőgazdasági Kar, Szerbia
• Prof. Dr. Andreas Meyer, INRES, Bonni Egyetem, Németország
• Prof. Dr. Peter Schröder, Helmholtz Zentrum München, Németország

Kapcsolódó publikációk:

• Benyó D, Horváth E, Németh E, Leviczky T, Takács K, Lehotai N, Feigl G, Kolbert Zs, Ördög A, Gallé R, Csiszár J, Szabados L, Erdei L, Gallé Á (2016) Physiological and molecular responses to heavy metal stresses suggest different detoxification mechanism of Populus deltoides and P. x canadensis. Journal of Plant Physiology (accepted) doi:10.1016/j.jplph.2016.05.025
• Horváth E, Brunner Sz, Bela K, Papdi Cs, Szabados L, Tari I, Csiszár J (2015) Exogenous salicylic acid-triggered changes in the glutathione transferases and peroxidases are key factors in the successful salt stress acclimation of Arabidopsis thaliana. Functional Plant Biology 42: 1129-1140
• Horváth E, Csiszár J, Gallé Á, Poór P, Szepesi Á, Tari I (2015) Hardening with salicylic acid induces concentration-dependent changes in abscisic acid biosynthesis of tomato under salt stress. Journal of Plant Physiology 183:54-63. doi: 10.1016/j.jplph.2015.05.010.
• Horváth E, Bela K, Papdi Cs, Gallé Á, Szabados L, Tari I, Csiszár J (2015) The role of Arabidopsis glutathione transferase F9 gene under oxidative stress in seedlings. Acta Biologica Hungarica 66:406-418. DOI: 10.1556/018.66.2015.4.5
• Bela K, Horváth E, Gallé Á, Szabados L, Tari I, Csiszár J. Plant glutathione peroxidases: emerging role of the antioxidant enzymes in plant development and stress responses. Journal of Plant Physiology 180: 192-201. (2015)
• Csiszár J, Horváth E, Váry Zs, Gallé Á, Bela K, Brunner Sz, Tari I. Glutathione transferase supergene family in tomato: salt stress-regulated expression of representative genes from distinct GST classes in plants primed with salicylic acid. Plant Physiology and Biochemistry 78: 15-26. (2014)
• Gallé Á, Csiszár J, Benyó D, Laskay G, Leviczky T, Erdei L, Tari I. Isohydric and anisohydric strategies of wheat genotypes under osmotic stress: Biosynthesis and function of ABA in stress responses. Journal of Plant Physiology 170:1389-1399. (2013)
• Csiszár J, Gallé Á, Horváth E, Dancsó P, Gombos M, Váry Zs, Erdei L, Györgyey J, Tari I. Different peroxidase activities and expression of abiotic stress-related peroxidases in apical root segments of wheat genotypes with different drought stress tolerance under osmotic stress. Plant Physiology and Biochemistry 52: 119-129. (2012)
• Gallé Á, Csiszár J, Secenji M, Guóth A, Cseuz L, Tari I, Györgyey J, Erdei L. Glutathione transferase activity and expression patterns during grain filling in flag leaves of wheat genotypes differing in drought tolerance: response to water deficit. Journal of Plant Physiology 166: 1878-1891. (2009)
• Székely Gy, Ábrahám E, Cséplő Á, Rigó G, Zsigmond L, Csiszár J, Ayaydin F, Strizhov N, Jasik J, Schmelzer E, Koncz Cs, Szabados L. Duplicated P5CS genes of Arabidopsis play distinct roles in stress regulation and developmental control of proline biosynthesis. Plant Journal 53: 11-28. (2008)