Epigenetika Csoport részletes bemutatása - Genetika és Biotechnológia Intézet
Epigenetika Csoport
Epigenetika Csoport részletes bemutatása
Utolsó frissítés: 2023 április 21.
A csoport részletes bemutatása
A csoport a paradicsom termésérésének a szabályozása című témán dolgozik, melyek alapkutatási és alkalmazott kutatási feladatokat is tartalmaznak. A csoportban Dr. Szittya György tudományos tanácsadó, Dr. Gyula Péter, Dr. Nyikó Tünde, Dr. Sós-Hegedűs Anita tudományos főmunkatárs, illetve Gorcsa Teréz és Tóth Tamás PhD hallgató dolgozik.
A paradicsom az egyik legfontosabb zöldségnövény, termőterülete és termésmennyisége folyamatosan növekvő tendenciát mutat világszerte. Magas vitamin és ásványi anyag tartalma miatt a táplálkozás élettani hatása kiváló, így az egészséges táplálkozás fontos eleme. Fontos kiemelni, hogy a paradicsom a termésfejlődés, érés modellnövényeként is ismert. Az érés tanulmányozásának komoly gyakorlati jelentősége van, mert az éréssel kapcsolatos tulajdonságok javításával a mezőgazdaságban rendkívül jelentős betakarítási és szállítási veszteségek csökkenthetők és növelhető az eltarthatóság. Az utóbbi években a kutatások rávilágítottak arra, hogy a termésérés folyamata epigenetikai szabályozás alatt áll. Növényekben a DNS citozinjának a metilációját a DNS metiltranszferázok végzik, és a DNS metiláció egy megfordítható folyamat, ahol a citozinokról a metil csoportot a Demeter-szerű DNS demetilázok (DML-ek) képesek eltávolítani. A genomi DNS metilációja egy fontos génszabályozási mód, amely a gének promóter régiójának metilálása révén képes gátolni az aktív transzkripciót. A metil csoport aktív eltávolítása a metilált citozinokról ezért egy fontos szabályozási mechanizmus a növény fejlődésének irányítására, illetve a sejtek sorsának újra programozására. Paradicsomban a SlDML2 demetiláznak fontos szerepe van a termésérést befolyásoló gének szabályozásában. Így a SlDML2 gén megfelelő működése elengedhetetlen a termésérés megfelelő szabályozásához. Csoportunk elsősorban az SlDML2 mediálta epigenetikai módosítások szerepét vizsgálja paradicsomban. Az NKFIH által támogatott kutatási programjainkban (OTKA K-129171, K-134974, K-137811, PD-129119) a legkorszerűbb genomszerkesztési módszerek felhasználásával azt kutatjuk, hogy a genom DNS metilációs mintázatának a megváltozása milyen szerepet játszik a génműködés szabályozásában termésérés során. Célunk, hogy kutatási eredményeink segítsék a nemesítőket a paradicsom eltarthatóságának növelésében, mivel az jelentősen hozzájárulhat a betakarítás utáni veszteségek csökkentéséhez.
Kutatási témák rövid bemutatása
- A paradicsom termésérésének befolyásolása genom editálással (témavezető: Dr. Szittya György).
Paradicsomban a SlDML2 demetiláznak fontos szerepe van a termésérést befolyásoló gének szabályozásában. Munkánk során, genomszerkesztési módszerekkel olyan SlDML2 promóter változatokat hozunk létre, ahol a termésérés egy széles skálán szabályozhatóvá válik. Az ily módon létrehozott eltérő érési időt mutató paradicsomok jól használhatóak lehetnek a növénynemesítésben, illetve kedvező módon növelhető meg a polc idejük a kereskedelemben.
- A paradicsom termésérés epigenetikai szabályozásának a vizsgálata, (témavezető: Dr. Szittya György)
Munkánk során azonosítani szeretnénk az SlDML2 fehérje kölcsönható partnereit, amelyek nélkülözhetetlenek az SlDML2 target helyeinek megtalálásában. Mivel a DNS demetiláció target szelekcióját még egyetlen termesztett növényben sem írták le, az eredmények jelentősen hozzájárulhatnak e fontos epigenetikai szabályozási mód mechanizmusának alapvető megismeréséhez.
- Epigenetikai faktorok szerepe a paradicsom fejlődésében és stresszválaszában, (témavezető: Dr. Gyula Péter)
A paradicsom genom négy DNS demetiláz gént kódol, amelyek közül az SlDML2-ről leírták, hogy központi szerepet tölt be a termésfejlődésben és -érésben. Ugyanakkor semmit sem tudunk a másik három SlDML szerepéről. Néhány megfigyelés arra utal, hogy ezek szintén részt vehetnek a fejlődésben, valamint a stresszválaszban. Modern genom editálási módszerekkel mind a négy gént egyenként, ill. minden kombinációban inaktiváljuk, hogy jellemzzük azok különböző ill. átfedő szerepét a stresszben és a fejlődésben.
Csoport főbb publikációi:
- Hamar E., Szaker H.M., Kis A., Dalmadi A., Miloro F., Szittya G., Taller J., Gyula P.*, Csorba T.*, Havelda Z.*. (2020). Genome-wide identification of RNA silencing-related genes and their expressional analysis in response to heat stress in barley (Hordeum vulgare L.). Biomolecules 10, 929; doi:10.3390/biom10060929.
- Sós-Hegedűs, A., Domonkos, Á., Tóth, T., Gyula, P., Kaló P.,* Szittya, G.* (2020). Suppression of NB-LRR Genes by miRNAs Promotes Nitrogen-fixing Nodule Development in Medicago truncatula. Plant Cell Environ., 43(5):1117-1129., https://doi.org/10.1111/pce.13698.
- Tóth, T., Gyula, P., Salamon, P., Kis, S., Sós-Hegedűs, A., Szittya, G.* (2019). Molecular characterization and in vitro synthesis of infectious RNA of a Turnip vein-clearing virus isolated from Alliaria petiolata in Hungary. PLoS ONE, 2019 Oct 24;14(10):e0224398. doi: 10.1371/journal.pone.0224398.
- Medzihradszky, A., Gyula, P., Sós-Hegedűs, A., Szittya, G., Burgyán, J.* (2019). Transcriptome reprogramming in the shoot apical meristem of CymRSV-infected Nicotiana benthamiana plants associates with viral exclusion and the lack of recovery. Molecular Plant Pathology, 20 (12), 1748-1758. doi: 10.1111/mpp.12875.
- Dalmadi, Á., Gyula, P., Bálint, J., Szittya, G., Havelda, Z.* (2019). AGO-unbound cytosolic pool of mature miRNAs in plant cells reveals a novel regulatory step at AGO1 loading. Nucleic Acids Res., Volume 47, Issue 18, 10 October 2019, Pages 9803–9817, pii: gkz690. doi: 10.1093/nar/gkz690
- Gyula, P., Baksa, I., Tóth, T., Mohorianu, I., Dalmay, T., Szittya, G.* (2018). Ambient temperature regulates the expression of a small set of sRNAs influencing plant development through NF-YA2 and YUC2. Plant Cell Environ., 41(10):2404-2417. doi: 10.1111/pce.13355
- Taller, D., Bálint, J., Gyula, P., Nagy, T., Barta, E., Baksa, I., Szittya, G., Taller, J., Havelda, Z.* (2018). Expansion of Capsicum annum fruit is linked to dynamic tissue-specific differential expression of miRNA and siRNA profiles. PLoS ONE, 2018 Jul 25; 13(7):e0200207. doi: 10.1371/journal.pone.0200207.
- Czotter, N., Molnár, J., Szabó, E., Demián, E., Kontra, L., Baksa, I., Szittya, G., Kocsis, L., Deák, T., Bisztray, G., Tusnády, G., Burgyán, J., Várallyay, E.* (2018). NGS of virus-derived small RNAs as a diagnostic method used to determine viromes of Hungarian vineyards. Microbiol., 9:122. doi: 10.3389/fmicb.2018.00122
- Kis, S., Salamon, P., Kis, V., Szittya, G.* (2017). Molecular characterization of a beet ringspot nepovirus isolated from Begonia ricinifolia in Hungary. Arch Virol., 162:3559-3562. doi: 10.1007/s00705-017-3521-z.
- Baksa, I., Nagy, T., Barta, E., Havelda, Z., Várallyay, E., Silhavy, D., Burgyán, J., Szittya, G.* (2015). Identification of Nicotiana benthamiana microRNAs and their targets using high throughput sequencing and degradome analysis. BMC Genomics, 16:1025. doi: 10.1186/s12864-015-2209-6.
Csoport főbb pályázatai:
- A paradicsom termésérésének befolyásolása genom editálással, (NKFIH OTKA K-129171) (témavezető: Dr. Szittya György, 2018 – 2022)
- A termésérés szabályozásának epigenetikai háttere paradicsomban, (NKFIH OTKA PD-129119) (témavezető: Dr. Nyikó Tünde, 2019 – 2022)
- A paradicsom termésérés epigenetikai szabályozásának a vizsgálata, (NKFIH OTKA K-134974) (témavezető: Dr. Szittya György, 2020 – 2024)
- Epigenetikai faktorok szerepe a paradicsom fejlődésében és stresszválaszában, (NKFIH OTKA FK-137811) (témavezető: Dr. Gyula Péter, 2021-2025)
Kutatási témák részletes bemutatása
A paradicsom termésérésének befolyásolása genom editálással (témavezető: Dr. Szittya György).
A modern nemesítési technológiák elengedhetetlenek a hatékony növénytermesztéshez. Emiatt a nemesítőnek szükségük van olyan tenyészvonalakra, amelyek megnövelt értéknövelő tulajdonságokkal rendelkeznek. A nemesítők nagyra értékelik a genetikai és fenotípusos változatosság növelését oly módon, amelyek a mennyiségi tulajdonságok finom változásait okozzák. Mind az állatoknál, mind a növényeknél kimutatták, hogy az evolúció, a háziasítás és tenyésztés/termesztés szempontjából fontos genetikai változások sokszor a cisz szabályozó régiókban (CRE) történnek. A CRE-kben történő mutációk sokszor okoznak finom fenotípusos változást és így kevésbé pleiotropikus hatásúak, mivel nem változtatják meg a fehérje szerkezetét, csak a génexpresszió szintjét, időzítését vagy a mintázatát módosítják. Annak ellenére, hogy az evolúció és a kultúrába vonás előnyben részesíti a CRE-ket, azok mutációja messze nem telített, és ezért egy kiaknázatlan erőforrást jelenthetnek a nemesítésben, új allélváltozatok létrehozására. A paradicsom termésérésének befolyásolása fontos tulajdonság a termés minőségének szempontjából, és a nemesítési programok egyik fő célpontja, mivel befolyásolja a termés eltarthatóságát és így értékesíthetőségét is. A SlDML2 gén által közvetített aktív DNS-demetiláció központi szerepet játszik a paradicsom termésérésének szabályozásában. Célunk a SlDML2 promóter cisz-szabályozó motívumainak genomszerkesztésen alapuló irányított mutagenezise és ezáltal a termésérés befolyásolása. Egy érzékenyített mutáns screen-nel olyan SlDML2 promoter allélokat szelektálunk amelyek javítják a termés eltarthatóságát. A létrehozott allélváltozatok később felhasználhatók lesznek a növénynemesítésben.
A paradicsom termésérés epigenetikai szabályozásának a vizsgálata, (témavezető: Dr. Szittya György)
A paradicsom termésérése szigorú epigenetikai szabályozás alatt áll, amely a genom metilációs mintázatának megváltozásán keresztül szabályozódik. Ezt a folyamatot az SlDML2 DNS-demetiláz szabályozza. Így az SlDML2 a termésérés egyik kulcsfontosságú meghatározója, és fontos szerepe van a betakarítás után a hűtőtárolás során fellépő stresszválaszban is. Annak ellenére, hogy a SlDML2 általi aktív demetiláció intenzíven kutatott tudományterület, számos kérdés még mindig megválaszolatlan maradt. Az eddigi vizsgálatokban csak az SlDML2 mRNS expressziós szintjét tanulmányozták a paradicsom vegetatív szöveteiben és termésérés folyamán. Munkánk során tanulmányozni szeretnénk az SlDML2 fehérje térbeli és időbeli eloszlását konfokális mikroszkóppal mind normál fejlődés során, mind biotikus (hideg stressz) és abiotikus (vírusfertőzés) stressz során. Jelenleg nem ismert, hogy mi adja az SlDML2 specifitását, mik azok a molekuláris mechanizmusok, ami által megtalálja a demetilálandó génszakaszokat a termesztett növényekben. Munkánk során tranziens (N. benthamiana levél Agroinfiltrációs assay) és transzgenikus módszerekkel (SlDML2-FLAG IP) azonosítani szeretnénk az SlDML2 fehérje kölcsönható partnereit, amelyek nélkülözhetetlenek az SlDML2 target helyeinek megtalálásában. Az SlDML2 DNS-demetiláz molekuláris működésének jobb megismerésével nemcsak egy fontos és egyedi epigenetikai szabályozást mutatunk be, de eltarthatóbb, a termésérésben szabályozható, a hűtőtárolás ellenére is ízletes paradicsomfajták létrehozását is elősegíthetjük.
Epigenetikai faktorok szerepe a paradicsom fejlődésében és stresszválaszában, (témavezető: Dr. Gyula Péter)
A különböző paradicsomfajták eltérő módon reagálnak a környezeti stresszekre, amely kiemeli az öröklött tulajdonságok jelentőségét a fejlődésben és a stresszválaszban. A klasszikus öröklődésen kívül az epigenetika is szerepet játszik a növények stresszválaszában és a fejlődésben, köztük a termésfejlődésben is. Az epigenetikai öröklődés együtt jár a genom bizonyos szakaszainak DNS-metiláltságával. A DNS metiláltsági állapota dinamikusan szabályozott. A DNS demetilázok fontos szerepet játszanak többek között a paradicsom termésfejlődésében is. A paradicsom genom négy DNS-demetiláz gént kódol. Az SlDML2-ről kimutatták, hogy a termésérésben van meghatározó szerepe, de a többi három SlDML élettani funkciója nem ismert. Hipotézisünk szerint a különböző SlDML-eknek különböző, részben átfedő célgéncsoportja van, amely eltérő, de részben átfedő funkciókban nyilvánul meg. Azt tervezzük, hogy az SlDML géneket egyenként, ill. minden kombinációban kiütjük. Az egyszeres, kétszeres, háromszoros, és négyszeres mutánsoknak egyre súlyosabb fenotípusai lehetnek, a kísérleti körülményektől függően. A kulcskérdés az, hogy a négy SlDML szerepet játszik-e a stresszválaszban, és hogy mennyire egyeznek meg ill. fednek át a célgénjeik és funkcióik. Ez a tudás alapja lehet olyan molekuláris markerek kifejlesztésének, amelyek segítségével a növénynemesítők stressznek ellenállóbb paradicsomfajtákat tudnak előállítani.
A csoport tagjai
|
Dr. Gyula Péter, tudományos főmunkatárs M.Sc.: Molekuláris biológus és biotechnológus, József Attila Tudományegyetem, Természettudományi Kar, 1999 Telefon: +36-28/430-494 / 4154 |
|
Dr. Nyikó Tünde, tudományos főmunkatárs Telefon: +36-28/430-494 |
|
Dr. Ráth Szilvia, tudományos munkatárs Telefon: +36-28/430-494 |
|
Dr. Sós-Hegedűs Anita M.Sc.: biológus, Kossuth Lajos Tudományegyetem,Természettudományi kar, 1997 Telefon: +36-28/430-494 |
|
Gorcsa Teréz, tudományos segédmunkatárs, PhD hallgató M.Sc.: okleveles biológus, Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi kar, 2018. PhD iskola: MATE, Festetics Doktori Iskola (folyamatban) Telefon: +36-28/430-494 / 4154 |
|
Tóth Tamás, önkéntes munkavállaló, PhD hallgató M.Sc.: Biológus, Debreceni Egyetem, TTK, 2016 Telefon: +36-28/430-494 / 4154 |
| Volt munkatársak: |
|
Együttműködő MATE GBI kutatók
| Dr. Csorba Tibor | Növénybiotechnológia Tanszék, Növényi stresszbiológia Csoport |
| Dr. Havelda Zoltán | Növénybiotechnológia Tanszék, Növényi fejlődésbiológia Csoport |
| Dr. Kaló Péter | Mikrobiológia és alkalmazott biotechnológia Tanszék, Növénygenomikai és Növény-Mikroba Interakció Csopor |
| Dr. Taller János | Mikrobiológia és alkalmazott biotechnológia Tanszék, Festetics Bioinnovációs Csoport |
Együttműködő kutatók MATE
| Dr. Várallyay Éva | Integrált Növényvédelmi Tanszék, Molekuláris Növénykórtan Csoport |