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

 

 

Munkatársak

Munkakör: csoportvezető, tudományos főmunkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526104
Fax: +36 28526101
Mobil: +36 704911354
E-mail: kalo.peter[kukac]abc.naik.hu
Berivan Güngör
Munkakör: PhD hallgató
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Biró János Barnabás
Munkakör: Önkéntes, tudományos segédmunkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526103
E-mail: biro.janos.barnabas[kukac]abc.naik.hu
Dr. Domonkos Ágota
Munkakör: tudományos főmunkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526103
Fax: +36 28526101
Mobil: +36 704911358
E-mail: domonkos.agota[kukac]abc.naik.hu
Farheen Saifi
Munkakör: PhD hallgató
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Hajnik Lilla
Munkakör: Önkéntes, tudományos segédmunkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526147
Fax: +36 28526101
E-mail: hajnik.lilla[kukac]abc.naik.hu
Dr. Horváth Beatrix
Munkakör: tudományos munkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526103
Fax: +36 28526101
E-mail: horvath.beatrix[kukac]abc.naik.hu
Maszlag Edit
Munkakör: technikus laboráns
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526147
Fax: +36 28526101
E-mail: maszlag.edit[kukac]abc.naik.hu
Dr. Szabó Zoltán
Munkakör: tudományos munkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526147
Fax: +36 28526101
E-mail: szabo.zoltan[kukac]abc.naik.hu
Tolnainé Csákány Hajnalka
Munkakör: technikus laboráns
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526103
Fax: +36 28526101
E-mail: csakany.hajnalka[kukac]abc.naik.hu
Tóth Mónika Tünde
Munkakör: tudományos segédmunkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526103
E-mail: toth.monika.tunde[kukac]abc.naik.hu
Dr. Tóth Zoltán
Munkakör: tudományos munkatárs
Munkavégzés helye: 2100 Gödöllő, Szent-Györgyi Albert utca 4.
Telefon: +36 28526147
Fax: +36 28526101
E-mail: toth.zoltan[kukac]abc.naik.hu

Publikációk

Tudományos közlemények (2005 – jelenleg)

Laffont, C, Huault, E, Gautrat, P, Endre, G, Kalo, P, Bourion, V, Duc, G, Frugier, F (2019) Systemic regulation of symbiotic nodulation. Plant Physiol. (in press) https://doi.org/10.1104/pp.18.01588

Rajlakshmi Das, D, Horváth, B, Kundu, A, Kaló, P, DasGupta M (2019) Functional conservation of CYCLOPS in crack entry legume Arachis hypogaea. Plant Science 281: 232-241

Ellis, N, Hattori, C, Cheema, J, Donarski, J, Charlton, A, Dickinson, M, Venditti, G, Kalo, P, Szabo, Z, Kiss, GB, Domoney, C (2018) NMR Metabolomics Defining Genetic Variation in Pea Seed Metabolites. Frontiers in Plant Science 9:1022 DOI: 10.3389/fpls.2018.0102

Domonkos, Á, Kovacs, S, Gombar, A, Kiss, E, Horvath, B, Kovats, G, Farkas, A, Toth, M, Ayaydin, F, Boka, K, Fodor, L, Ratet, P, Kereszt, A, Endre, G, Kaló P (2017) NAD1 controls defense-like responses in Medicago truncatula symbiotic nitrogen fixing nodules following rhizobial colonization in a BacA-independent manner. Genes 8:387

Wang, Q, Yanga, S, Liu, J, Terecskei, K, Ábrahám, E, Gombár, A, Domonkos, Á, Szűcs, A, Körmöczi, P, Wang, T, Fodor, L, Mao, L, Fei, Z, Kondorosi, É, Kaló, P, Kereszt, A and Zhu, H (2017) Host-secreted antimicrobial peptide enforces symbiotic selectivity in Medicago truncatula Proc Nat Acad Sci 114: 6854-6859

Marincs, F, Nagy, T, Miró, K, Kollár, Z, Barta, E, Kaló, P (2017) Large-scale amplicon sequencing of the SP3D gene responsible for fruit-yield heterosis in tomato. Plant Gene 9: 45–49

Horváth B, Domonkos Á, Kereszt A, Szűcs A, Ábrahám E, Ayaydin F, Bóka K, Chen Y, Chen R, Murray JD, Udvardi MK, Kondorosi É, Kaló P (2015) Loss of the nodule-specific cysteine rich peptide, NCR169, abolishes symbiotic nitrogen fixation in the Medicago truncatula dnf7 mutant. Proc Nat Acad Sci 112:15232-15237

Domonkos, A, Horváth, B, Marsh, JF, Halász, G, Ayaydin, F,Oldroyd, GED, Kaló, P (2013) The identification of novel loci required for appropriate nodule development in Medicago truncatula. BMC Plant Biology 13: 157 DOI: 10.1186/1471-2229-13-157

Horváth B, Yeun LH, Domonkos, Á, Halász G, Gobbato E, Ayaydin F, Miró K, Hirsch S, Sun J, Tadege M, Ratet P, Mysore K, Ané JM, Oldroyd GED and Kaló P (2011) Medicago truncatula IPD3 is a member of the common symbiotic signaling pathway required for rhizobial and mycorrhizal symbioses. Mol Plant-Microbe Interaction, 24:1345-1358

Rispail N, Kaló P, Kiss GB, Ellis THN, Gallardo K, Thompson RD, Prats E, Larrainzar E, Ladrera R, González EM, Arrese-Igor C, Ferguson BJ, Gresshoff PM, Rubiales D (2010) Model legumes contribute to faba bean breeding. Field Crops Research, 115:253-269.

Bajkan, S, Varadi, G, Balogh, M, Domonkos, A, Kiss, GB, Kovacs, L, Lehoczki, E. (2010) Conserved structure of the chloroplast-DNA encoded D1 protein is essential for effective photoprotection via non-photochemical thermal dissipation in higher plants. Molecular Genetics and Genomics 284: 55-63

Kiss E, Oláh B, Kaló P, Morales M, Heckmann AB, Borbola A, Lózsa A, Kontár K, Middleton P, Downie JA, Oldroyd GED and Endre G (2009) LIN, a novel type of U-box/WD40 protein, controls early infection by rhizobia in legumes. Plant Physiology, 151: 1239-1249

Ding Y., Kaló P, Yendrek C, Sun, J, Liang, Y, Marsh JF, Harris JM and Oldroyd GED (2008) Abscisic acid coordinates Nod factor and cytokinin signaling during the regulation of nodulation in Medicago truncatula. Plant Cell 20:2681-2695.

Dalmadi A, Kaló P, Jakab J, Saskői A, Petrovics T, Deák G, Kiss GB (2008) Dwarf plants of diploid Medicago sativa carry a mutation in the gibberellin 3-β-hydroxylase gene. Plant Cell Reports, 27: 1271-1279

Middleton, P, Jakab, J, Penmetsa, RV, Starker, CG, Doll, J., Kaló, P, Prabhu, R, Marsh, JF, Mitra, RM, Kereszt. A, Dudas, B, VandenBosch, K, Long, SR, Cook, DR, Kiss, GB and Oldroyd, GED (2007) An ERF transcription factor in Medicago truncatula that is essential for Nod factor signal transduction. Plant Cell 19 (4): 1221-1234

Szűcs, A, Dorjgotov, D, Ötvös, K, Fodor, C, Domoki, M, Györgyey, J, Kaló, P, Kiss, GB, Dudits, D, Fehér, A (2006) Characterization of three Rop GTPase genes of alfalfa (Medicago sativa L.). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Structure and Expression 1759:108-115.

Kevei, Z, Seres, A, Kereszt A, Kaló, P, Kiss, P, Tóth, G, Endre, G, Kiss, GB (2005) Significant microsynteny with new evolutionary highlights is detected between Arabidopsis and legume model plants despite the lack of macrosynteny. Mol Genet Genomics 274: 644–657.

Kaló, P, Gleason, C, Edwards, A, Marsh, J, Mitra, RM, Hirsch, S, Jakab, J, Sims, S, Long, SR, Rogers, J, Kiss, GB, Downie JA, and Oldroyd GED (2005) Nodulation signaling in legumes requires NSP2, a member of the GRAS family of transcriptional regulators. Science 308:1786-1789.

Programajánló

Jelenleg nincs aktuális esemény.