MBK - Genetikai Főosztály - Növénygenomikai és Növény-Mikroba Interakció Csoport

Kutatási terület

A természetben a növények gyakran kerülnek közvetlen kapcsolatba a környezetükben élő mikroorganizmusokkal. Ezek a kölcsönhatások lehetnek mindkét fél számára előnyösek (szimbiózis), semlegesek, vagy pedig a növény szempontjából károsak (patogén interakció). Csoportunk kutatási témája a növény-mikroba kapcsolatok genetikai vizsgálata, a kölcsönhatások molekuláris hátterének felderítése és az interakciókban részvevő növényi gének azonosítása.

A pillangósvirágú növények és a rhizobium baktériumok között kialakuló szimbiotikus kapcsolat a biológia nitrogénkötés leghatékonyabb módja. Kutatócsoportunk a Sinorhizobium meliloti és a Medicago truncatula között létrejövő szimbiotkus modellrendszert használja a folyamat tanulmányozására. Kutatásaink célja a nitrogénkötő szimbiózisban szerepet játszó növényi gének azonosítása és funkcionális vizsgálata, ami reményeink szerint a jövőben lehetőséget biztosít hatékonyabb nitrogénkötő kapcsolatok kialakítására.

A korszerű, versenyképes növény-fajtákkal szemben alapvető igény, hogy a súlyos gazdasági károkat, jelentős terméskiesést okozó kórokozók (biotikus tényezők) ellen rezisztenciát biztosítsanak. Rezisztens növényfajták termesztése környezetbarát és energia-takarékos technológia, mert a vegyszerek és mérgek alkalmazása, illetve azok kijuttatása a termőhelyre elkerülhető vagy csökkenthető. A rezisztencia génekre alapozó technológia időigényes, mert először a rezisztencia géneket „meg kell találni”: kapcsolt molekuláris markerek azonosítását követően genetikai térképezés alkalmazásával lehetőség nyílik a gén izolálására (térképezésen alapuló klónozás). Egy tulajdonsághoz kapcsolt molekuláris markereket nem csak a gének azonosításra, hanem rezisztens fajták nemesítési programjaiban is lehet széleskörűen alkalmazni a kiválasztott tulajdonság(ok) öröklődésének követésére, valamint további szaporítóanyagok kiválasztására.

Kutatási témák

A szimbiotikus nitrogénkötés késői lépéseinek molekuláris vizsgálata
Pillangósvirágú növények genetikai vizsgálata
Rezisztencia gének térképezése és klónozása paprikából – Multi-rezisztens paprikafajták nemesítésének molekuláris támogatása

 

A szimbiotikus nitrogénkötés késői lépéseinek molekuláris vizsgálata

A szimbiotikus nitrogénkötés helye a két szimbiotikus partner együttműködésének eredményeként a gazdanövény gyökerén kialakuló képződmény, a gyökérgümő. A bakteriális partner a gyökérgümő sejtjeiben végzi a légköri nitrogén gáz redukcióját, és teszi elérhetővé a nitrogént kötött formában a gazdanövény számára. A gümőben a baktériumok morfológiai differenciálódáson és anyagcsere változásokon mennek keresztül, melynek eredményeképpen képessé válnak szimbiotikus nitrogénkötésre. A nitrogénkötő gümő sejtjeiben a baktériumok egy növényi membránnal határolt struktúrában, a szimbioszómában helyezkednek el, ahol a szimbiotikus nitrogénkötés zajlik. Számos, a szimbiotikus kapcsolat kialakításban résztvevő növényi gén azonosítása lehetővé tette a szimbiózis kezdeti lépéseinek feltárását és alaposabb megismerését. Arról azonban, hogyan jutnak be nitrogénkötő baktériumok a gümő sejtjeibe, hogyan alakul ki endoszimbionta formájuk, milyen módon alakul ki és működik a szimbioszóma viszonylag kevés ismerettel rendelkezünk.

Kutatásaink célja a Sinorhizobium meliloti és a Medicago truncatula közötti szimbiotikus kapcsolat során kialakuló gyökérgümő baktériumok általi inváziójában, a szimbioszóma kialakulásában és funkciójában szerepet játszó növényi gének azonosítása és megismerése. A gének izolálásához a szimbiotikus folyamatban hibás növényi mutánsokat használjuk segítségként, melyekből genetikai térképezésen alapuló, illetve microarray-alapú klónozással azonosítjuk a szimbiotikus növényi géneket.

Szimbiotikus nitrogénkötésben hibás (mutáns) növény nitrogénmentes tápközegben nevelve mutatja a nitrogénhiány jellegzetes tüneteit.

 

Pillangósvirágú növények genetikai vizsgálata

Előnyös tulajdonságai miatt a termesztett lucerna közeli rokona a Medicago truncatula lett a pillangósvirágú növények egyik modell szervezete. Csoportunk feladatának tekinti a modell növényen elért eredmények alkalmazását közeli rokon termesztett fajok (lucerna, herefélék, borsó, lencse, stb.) esetében, ezért egyrészt fontosnak ítéljük a modell növény és a termesztett pillangósvirágú növények genetikai térképei közötti hasonlóságok kimutatását. Másrészt az egyik legjelentősebb termesztett pillangósvirágú növény, a lucerna további genetikai vizsgálatát is végezzük. A lucerna egy idegenbeporzó növény, genomját a nagyfokú heterozigótaság jellemzi, ami rendkívüli módon megnehezíti homozigóta lucerna vonalak kialakítását. Célunk az ön-inkompatibilitást meghatározó és a heterozigótaságot fenntartó, illetve az élet- és termőképességet heterozigóta konfigurációban elősegítő lókuszok azonosítása, amihez a termesztett lucerna diploid változatának genetikai vizsgálatát végezzük.

 

Rezisztencia gének térképezése és klónozása paprikából

A szabadföldön termesztett paprika esetén a Xanthomonas campestris pv. vesicatoria baktérium, míg a termesztő-berendezésekben (fóliasátor, üvegház) hajtatott paprika esetén a paradicsom foltos hervadás vírus (Tomato Spotted Wilt Virus, TSWV) és a gyökérgubacs fonalféreg fajok (Meloidogyne spp.) okoznak súlyos károkat. A rezisztens fajták alkalmazása az egyetlen alternatíva a fertőzések vegyszeres kezelésével szemben.

 Az elsődleges célunk térképezésen alapú klónozással izolálni és jellemezni azokat a géneket (bs5, bs6, Me1, Tsw), amelyek védelmet nyújtanak a paprikatermesztésben komoly károkat okozó biotikus stressz faktorokkal szemben. A kutatás kulcsa a paprika genetikai térképének továbbfejlesztése a fent említett fertőzésekkel szemben rezisztenciát biztosító Xcv, Me1 és Tsw génekre fókuszálva. A rezisztencia lókuszokhoz kapcsolt genetikai markerek segítségével azonosíthatóak a rezisztenciáért/fogékonyságért felelős gének alléljai. A rezisztens allélok pontos DNS és aminosav szekvenciájának ismerete rávilágíthat mikro-evolúciós változásokra, és segíthet a bakteriális, virális vagy parazita fertőzési stratégiák jobb megértésében. A kifejlesztett szorosan kapcsolt vagy gén specifikus markerek hatékonyan felhasználhatóak a multi rezisztens paprika fajták markeren alapuló szelekciója során. A kutatás háttér információval szolgál a növény-kórokozó kölcsönhatás molekuláris, biokémiai és fiziológiai mechanizmusairól.

A Xanthomonas fertőzéssel szemben rezisztens (E) növény levelein nem jelennek meg a baktériumfertőzés okozta tünetek (E – ellenálló, F – fogékony növény).

Elnyert pályázatok:

The identification and analysis of genes controlled by the regulator of symbiosome differentiation (RSD) transcription factor during Medicago truncatula nodule development. ICGEB CRP/HUN17-03

A nitrogénkötő baktériumok differenciációjához létfontosságú gümőspecifikus cisztein gazdag (NCR) peptideket kódoló Medicago truncatula gének funkcionális vizsgálata. OTKA K-119652

Egyes Medicago truncatula gümő-specifikus cisztein-gazdag (NCR) peptideket kódoló gének esszenciális funkciójának vizsgálata a rhizobium terminális bakteroid differenciációjában. OTKA PD- 121110

Haszonmaximalizálás szimbiózisban? Gene for gene kölcsönhatások a Medicago-Sinorhizobium kapcsolatokban. OTKA K-120300

A paradicsom bronzfoltosság vírus és baktériumos levélfoltosság ellen rezisztenciát biztosító gének azonosítása és molekuláris jellemzése paprikában. – OTKA K-111935

Lezárt pályázatok:

Heterózishatást eredményező genetikai lókuszok azonosítása és vizsgálata növényekben – OTKA K-105170

Egy nitrogénkötésben hibás és erőteljes patogén válaszreakciót mutató Medicago truncatula mutáns molekuláris vizsgálata – OTKA PD-104334

ABSTRESS - Improving the resistant of legume crops to combined abiotic and biotic stress - FP7/KBBE/2011 289562

A növény-mikroba kölcsönhatások sorsát irányító molekuláris faktorok – OTKA 106068 (konzorciumi társpályázat)

LEGUMICS – A pillangósvirágú növények genomikai eszköztárának bővítése és alkalmazása a gyökérzet és a szimbiotikus gümő fejlődésének vizsgálatában - TÉT_10-12011-0397

A szimbiotikus gümő kialakulásában résztvevő két gén azonosítása Medicago truncatula-ból térképezésen alapuló génizolálással - OTKA K-46645

A szimbiotikus gümő bakteriális inváziójában és a szimbioszóma működésében résztvevő növényi gének azonosítása - OTKA NK-67576

Munkalehetőségek (Link 2 – Álláshirdetés)

A szimbiotikus nitrogénkötés vizsgálata iránt érdeklődő motivált posztdoktor (tudományos munkatársi munkakör) kutató jelentkezését várjuk a Szegedi Biológiai Központ Növénybiológia Intézetében működő Növény Genomikai kutatócsoportba. Érdeklődni: kalo.peter@brc.mta.hu