ARABIDOPSIS MOLEKULÁRIS GENETIKAI CSOPORT

A magasabbrendű növényeknek, helyhez kötött életmódjuk miatt, alkalmazkodniuk kell a folyamatosan változó környezethez. Az optimális környezettől való jelentős eltérést a növény környezeti stresszként érzékeli, ami jellegzetes élettani, morfológiai, és fejlődésbiológiai változásokkal jár. A környezeti stressz a mezőgazdasági növénytermesztés egyik fő korlátja is. Az egyik leggyakoribb az úgynevezett ozmotikus stressz, ami az elégtelen vízellátás (például szárazság vagy magas só koncentráció) következménye, de vízelvonást jelenthet fagyban a jégkristályok kialakulása is. Az ozmotikus stressz során megfigyelhető élettani és fejlődési változásokról ma már sok információ áll rendelkezésünkre, de a védekező mechanizmusok szabályozásáról még mindig elég keveset tudunk. Csoportunk az ozmotikus stresszválasz szabályozását tanulmányozza az Arabidopsis modellen. Inszerciós mutagenezis és cDNS könyvtár transzformáció felhasználásával több olyan gént sikerült azonosítani, amelyek a stresszválaszt, a toleranciát befolyásolják.

Új genetikai eszközök kidolgozása a stresszválasz tanulmányozásához.

Csoportunk tevékenyen vett részt a nemzetközi Arabidopsis inszerciós mutagenezis programokban, és hozzájárult egy nagy inszerciós mutánsgyűjtemény létrehozásához. A T-DNS inszerciós mutagenezis, illetve egy speciális géncsapda program keretében több olyan Arabidopsis mutánst és gént azonosítottunk, illetve jellemeztünk, amelyeket a környezet változásai szabályoznak, illetve amelyek befolyásolják az ozmotikus stressz során fellépő válaszreakciókat. Egy eddig ismeretlen ABC transzporter génről kimutattuk, hogy aktivitását a só és ozmotikus stressz, illetve ABA indukálja, illetve gibberellin sav (GA3) gátolja. Amennyiben egy génnek szerepe van a környezeti stresszel szembeni ellenállóképesség kialakításában, úgy a gén működés zavara az ellenállóképesség csökkenéséhez vezet. Az ilyen funkciójú gének azonosítása érdekében a mutáns gyüjteményünkben olyan vonalakat kerestünk, amelyek a só és ozmotikus stresszel szemben fokozott érzékenységet mutattak. Így azonosítottuk a ppr40 mutánst, ami fokozott érzékenységet mutatott többféle környezeti stresszhatásra valamint ABA kezelésre. A fenotípusért egy olyan gén mutációja volt felelős, ami a mitokondriális elektron transzport stabilitásában szerepet játszó PPR domén fehérjét kódolt. A fehérje hiánya az elektron transzport instabilitása miatt a reaktív oxigének (ROS) felhalmozódásához, a légzés hatékonyságának csökkenéséhez, végső soron a fokozott stress érzékenységhez vezet.

Az elmúlt években az inszerciós mutagenezis mellett egy új genetikai rendszert is létrehoztunk, ami alkalmas eddig ismeretlen, a stresszválaszban szerepet játszó gének azonosítására. Egy olyan cDNS könyvtárat készítettünk egy Agrobacterium expressziós vektorban, ami genetikai transzformációval átvihető bármilyen más növénybe. A transzgenikus vonalakban a cDNS klónok aktiválása domináns funkciónyeréses fentotípus kialakulásához vezethet. A rendszer segítségével több olyan, eddig ismeretlen szabályozó gént azonosítottunk, amelyek a só rezisztenciát vagy a szárazságtűrésért felelős ABA érzékenységet befolyásolják.

Prolin metabolizmus és a stresszválasz.

Csoportunk egyik fő érdeklődési területe a prolin metabolizmus szabályozása a környezeti stressz során. A prolin egy ozmoprotektáns tulajdonságokkal rendelkező aminosav, ami többféle stressz körülmény hatására a legtöbb növényfajban felhalmozódik. A prolin felhalmozódást, illetve az azt ellenőrző P5CS1 gén működését az ozmotikus stressz során egy abszcizin sav (ABA) által közvetített jelátviteli út szabályozza, amit más környezeti faktorok, például a fény is befolyásol. A prolin metabolizmust az abiotikus környezeti faktorok mellett patogén baktériumok is módosíthatják, az avirulens Pseudomonas fertőzést követő hiperszenzitív reakció lokális prolinfelhalmozódáshoz vezet, amit egy szalicilsav és hidrogén peroxid által közvetített jelátviteli rendszer ellenőriz. A prolinfelhalmozódás élettani jelentőségét, a prolin stressztűrésben és fejlődésben játszott szerepét a prolin szintet szabályozó P5CS gének inszerciós mutánsainak segítségével vizsgáljuk. Az Arabidopsis két P5CS génje közül a P5CS1 vesz részt a stressztől függö prolin biosziontézisben. A p5cs1 mutánsban nem megy végbe a vadtípusú növényekre jellemző prolin felhalmozódás, ami a mutáns fokozott só érzékenységével jár. A P5CS2 gén viszont életfontosságú, és mutációja embrió letalitáshoz vezet. A zöld fluoreszcens proteinhez (GFP) kapcsolt két P5CS fehérjék eltérő sejten belüli lokalizációt mutattak, ami egy új sejten belüli szabályozási rendszerre utal.