Biológiai Erőforrások Osztálya
BIOLÓGIAI ERŐFORRÁSOK OSZTÁLYA
A hazai agrárium versenyképességének és exportnövelésének biológiai alapja a fogyasztói igényekhez és a természeti környezethez gyorsan és rugalmasan alkalmazkodó fajták előállítása. Fokozottan érvényes mindez az élelmiszer- és takarmány-árualap döntő tömegét kitevő kalászos gabona és kukorica termesztésére. A növénynemesítők számára az egyik legnagyobb kihívás megtalálni azokat a génváltozatokat, melyekkel a klímaváltozás következtében fokozódó átlaghőmérséklet, az időszakosan szélsőséges csapadékmennyiség és az extrém időjárási események mellett is biztosítható a magas és jó minőségű hozammal, adaptációs képességgel és betegség-rezisztenciával rendelkező fajták előállítása.
A Biológiai Erőforrások Osztályán a nemesítés szolgálatában tervezett alap kutatási stratégia célja a termés biztonságát és minőségét meghatározó növény-, szerv-, szövet- és sejtszintű biológiai folyamatok alapjainak a feltárása a funkcionális anatómia, fiziológia, metabolomika, proteomika, transzkriptomika és genetika eszköztárának felhasználásával. További cél a gabonafélék rokon fajaiban az evolúció által létrehozott génváltozatok kiaknázásával új nemesítési alapanyagok előállítása, ami a diverzitás növelésével kiindulást jelenthet versenyképes, a speciális fogyasztói igényeket kielégítő kalászos gabonafajták és kukoricahibridek előállításához. Ezeknek a céloknak a megvalósítását az osztály 7 csoportjában végzett kutatások biztosítják.
CSOPORTOK
Genetikai Variabilitás Csoport
A környezeti stressz és a genetikai variabilitás kapcsolatának széleskörű vizsgálata az alábbi témákban:
1. Vizsgáljuk a búza meiózisának hőérzékenységét, és meghatározzuk a hőtűréssel kapcsolatba hozható géneket, valamint azok szöveti kifejeződésének mintázatait a portokban és a termőben. A meiotikus sejtosztódásban szerepet játszó kulcs-fehérjék jelölésével nagy-felbontású mikroszkópban három dimenziósan követjük a hőstressz okozta változásokat a sejtmagban és a meiociták sejtvázában.
2. Tanulmányozzuk a szülői genomok együttműködését kalászos gabona nemzetséghibridekben, valamint a centroméráknak a kromoszóma stabilitásban betöltött szabályozó szerepét a kromoszóma kiesések megakadályozása érdekében. A gabonafélék meiózisa során a genetikai sokféleségért felelős rekombinációs folyamatok új megközelítésével igyekszünk különféle nemesítési alapanyagokban fokozni a rekombinációs gyakoriságot.
3. A hagyományos introgresszió mellett korszerű molekuláris nemesítési módszereket (pl. CRISPR/Cas genomszerkesztés) alkalmazunk nagyobb betegség-ellenállóságú és fotoszintetikus hatékonyságú növények (burgonya, lúdfű és árpa) előállítására.
4. A kalászos gabonaféléket fertőző gomba kórokozók által kibocsátott láthatatlan illatanyagok meghatározásával olyan biomarkereket azonosítunk, amelyek alkalmasak a fertőzés korai észlelésére vagy akár automatizált előrejelzésére.
Genomikai és Transzlációs Biológiai Csoport
A csoport alapvető feladata, hogy technológiai és módszertani támogatást nyújtson az intézetben folyó molekuláris biológiai kutatásokhoz a csoport proteomikai, genomikai, transzkriptomikai és transzlációs biológiai eszköztára, valamint modellnövények kutatásában szerzett tapasztalata révén. A csoportunk fő profilja a strigolakton/karrikin jelátvitel és kapcsolt részeik intenzív kutatása. Ez a jelátviteli út a növényi élet számos aspektusát érintik, az egyszerű fejlődési folyamatoktól kezdve a stresszadaptáció kialakításán át, a mikorrhiza kapcsolatokig bezárólag. Látható azonban, hogy még korántsem ismert a pontos mechanizmusa a DWARF14 család működésének. Sok a kérdőjel a strigolakton bioszintézis körül, a KAI2 endogén ligandjáról pedig még feltételezések sincsenek. A DWARF14 – SMXL család analógiájára redundancia és komplexitás figyelhető meg a strigolakton bioszintézisben szerepet játszó gének esetében is. A D27-szerű fehérjék katalizálják a transz/cisz-ß-karotin, valamint a transz/cisz-violaxanthin izomerizációt is, amelynek következtében, unikális módon mind a strigolakton, mind az abszcizinsav bioszintézis prekurzorainak előállításában részt vesznek.
Génmegőrzési Csoport
Több mint 20 éve végzett kutatásaink fő célja a nemesítés számára fajkeresztezések segítségével olyan biológiai alapanyagok előállítása, melyekben a búza rokonsági körének genetikai variabilitásával javíthatók a minőségi paraméterek, a stresszadaptáció és a termésmennyiség. Munkánk az alábbi részterületekre fókuszál: (1) a génforrásként használt Triticum, Aegilops, Secale, Thinopyrum és Hordeum fajok begyűjtése, fenotípusos jellemzése, (2) a ‘pre-breeding’ tevékenység során introgressziós (addíciós, szubsztitúciós és transzlokációs) vonalak előállítása markerkapcsolt és molekuláris citogenetikai szelekció segítségével, (3) a génforrásfajok új-generációs módszerekkel történő strukturális genomikai vizsgálata, kromoszómaszintű szekvencia-adatbázisok, molekuláris genetikai és citogenetikai markerek fejlesztése, (4) a gazdasági jelentőséggel bíró gének feltérképezése és azonosítása az előállított introgressziós vonalakban. Genetikai alapanyagaink egy része beépült a fajtaelőállító nemesítési programokba.
Növényi Molekuláris Biológiai Csoport
Proteomikai Csoport
A kutatás fő célja különböző gabonafélék lisztérzékenységet- illetve allergiát kiváltó fehérjéinek azonosítása, és elemzése immunanalitikai módszerekkel, az egyes fehérjékben jelenlevő, kóros folyamatokat kiváltó peptidek eloszlásának, mennyiségének vizsgálata. A gliadinok lisztérzékenységben betöltött szerepe régóta ismert, ugyanakkor kutatásainak alapján a prolaminok más tagjai, valamint egyes nem prolamin jellegű magfehérjék is hasonló mennyiségben és eloszlásban tartalmaznak immunreaktív fehérje szakaszokat. Kutatási programunk célja ezeknek az immunreaktív szakaszoknak a pontos feltérképezése, az egyes fehérjecsaládok betegségtípusokban betöltött szerepének megismerése, továbbá olyan gabonaforrások azonosítása melyek csökkent allergén tartalommal rendelkeznek. A csoport emellett vizsgálja a klímaváltozás hatását a különféle termesztett gabonák minőségi -, mennyiségi paramétereire, valamint élelmiszerbiztonsági vonatkozásaira.
Redox Biológiai Csoport
A kutatás fő célja a reaktív oxigén-, nitrogén- és kénformák, valamint az antioxidánsok mennyiségében és eloszlásában a gabonafélék növekedése, fejlődése és stresszválasza során bekövetkező változások szabályozó szerepének a felderítése. Vizsgálataink középpontjában a növényi sejtek redox-állapotát jelentősen befolyásoló, a hidrogén-peroxid szintjét meghatározó aszkorbát-glutationciklus áll. Eltérő stressztűrésű búza és kukorica-genotípusok összehasonlításával, valamint a növények redox-állapotának vegyszeres módosításával próbáljuk megállapítani a reaktív oxigénformák és antioxidánsok szintje, valamint a különböző élettani, biokémiai és molekuláris folyamatok közti kapcsolatokat. Az összefüggések bizonyítása céljából Arabidopsis mutánsokat és transzformánsokat is felhasználunk kísérleteinkben. A programban nagy hangsúlyt fektetünk a redox-függő anyagcsere-folyamatok transzkripciós szintű szabályozásának tanulmányozására.
Sejt- és Szaporodásbiológiai Csoport
MUNKATÁRSAK
KUTATÁS, PROJEKTEK, PÁLYÁZATOK
PUBLIKÁCIÓK
Az osztály válogatott publikációi:
Genetikai Variabilitás Csoport:
Jose J, Éva C, Bozsó Z, Hamow KÁ, Fekete Z, Fábián A, Bánfalvi Z, Sági L (2022): Global transcriptome and targeted metabolite analyses of roots reveal different defence mechanisms against Ralstonia solanacearum infection in two resistant potato cultivars.– Frontiers in Plant Science 13: 1065419. IF: 6,627
Hamow KÁ, Ambrózy Z, Puskás K, Majláth I, Cséplő M, Mátyus R, Posta K, Lukács P, Sági L (2021) Emission of novel volatile biomarkers for wheat powdery mildew. – Science of the Total Environment 781: 146767. IF: 10,753
Lenykó-Thegze A, Fábián A, Mihók E, Makai D, Cseh A, Sepsi A (2021): Pericentromeric chromatin reorganisation follows the initiation of recombination and coincides with early events of synapsis in cereals. – Plant Journal 107: 1585-1602. IF: 7,093
Éva C, Oszvald M, Tamás L (2019): Current and possible approaches for improving photosynthetic efficiency. – Plant Science 280: 433-440. IF: 3,591
Fábián A, Sáfrán E, Szabó-Eitel G, Barnabás B, Jäger K (2019): Stigma functionality and fertility are reduced by heat and drought co-stress in wheat. – Frontiers in Plant Science 10: 244. IF: 4,402
Polgári D, Mihók E, Sági L (2019): Composition and random elimination of paternal chromosomes in a large population of wheat × barley (Triticum aestivumL. × Hordeum vulgareL.) hybrids. – Plant Cell Reports 38: 767-775. IF: 3,825
Sepsi A, Fábián A, Jäger K, Heslop-Harrison JS, Schwarzacher T (2018): ImmunoFISH: simultaneous visualisation of proteins and DNA sequences gives insight into meiotic processes in nuclei of grasses. – Frontiers in Plant Science 9: 1193. IF: 4,106
Sági László csoportvezető publikációi: https://m2.mtmt.hu/gui2/?type=authors&mode=browse&sel=authors10000636
Genomikai és Transzlációs Biológiai Csoport:
Gulyás, G., Moncsek, B., Hamow, K.A., Stráner, P., Badics, E., Incze, N., Darkó, É., Nagy, V., Perczel, A., Kovács, L., Soós, V., (2022): D27-LIKE1 carotenoid isomerase has a preference towards trans/cis and cis/cis conversions in Arabidopsis. – The Plant Journal, https://doi.org/10.1111/tpj.16017
Meng, Y., Varshney, K., Incze, N., Badics, E., Kamran, M., Davies, S.F., Oppermann, L.M., Magne, K., Dalmais, M., Bendahmane, A. and Sibout, R., (2022): KARRIKIN INSENSITIVE2 regulates leaf development, root system architecture and arbuscular‐mycorrhizal symbiosis in Brachypodium distachyon. – The Plant Journal, 109(6), pp.1559-1574.
Soós, V., Shetty, P., Maróti, G., Incze, N., Badics, E., Bálint, P., Ördög, V. and Balázs, E., (2021): Biomolecule composition and draft genome of a novel, high-lipid producing Scenedesmaceae microalga. – Algal Research, 54, p.102181.
Végh A , Incze N , Fábián A , Heqiang Huo , Kent J Bradford , Balázs E , Soós V (2017): Comprehensive Analysis of DWARF14-LIKE2 (DLK2) Reveals Its Functional Divergence from Strigolactone-Related Paralogs, – Frontiers in Plant Science 8: 1641.
Posta M, Soós V, Beier P (2016): Design of photoaffinity labeling probes derived from 3, 4, 5 trimethylfuran 2(5H)one for mode of action elucidation. Tetrahedron 10.1016/j.tet.2016.03.096
Karsai I, Igartua E, Casas AM, Kiss T, Soós V, Balla K, Bedő Z, Veisz O (2013) Developmental patterns of a large set of barley (Hordeum vulgare) cultivars in response to ambient temperature. – Ann App Biol 162:(3) 309-323.
Soós V, Sebestyén E, Posta M, Light ME, Kohout L, Van Staden J and Balázs E (2012): Molecular aspects of the antagonistic interaction of smoke derived butenolides on the germination process of Grand Rapids lettuce achenes. – New Phytologist 196(4):1060-73.
Soós Vilmos csoportvezető publikációi: https://m2.mtmt.hu/gui2/?type=authors&mode=browse&sel=authors10012869
Said, M ; Cápal, P ; Farkas, A ; Gaál, E ; Ivanizs, L; Friebe, B ; Doležel, J ; Molnár, I (2022):
Flow karyotyping of wheat-Aegilops additions facilitate dissecting the genomes of Ae. biuncialis and Ae. geniculata into individual chromosomes. – Frontiers in Plant Science 13:1017958 IF: 6.627
Türkösi E, Ivanizs L, Farkas A, Gaál E, Kruppa K, Kovács P, Szakács É, Szőke-Pázsi K, Said M, Cápal P, Griffiths S, Doležel J and Molnár I (2022): Transfer of the ph1b Deletion Chromosome 5B From Chinese Spring Wheat Into a Winter Wheat Line and Induction of Chromosome Rearrangements in Wheat-Aegilops biuncialis Hybrids. – Frontiers in Plant Science 13:875676. doi: 10.3389/fpls.2022.875676 IF: 6.627
Ivanizs L.; Marcotuli I.; Rakszegi M.; Kalapos B.; Szőke-Pázsi,K.; Farkas A.; Türkösi E.; Gaál E.; Kruppa K; Kovács P.; Darkó É.; Szakács É.; Said M.; Cápal P.; Doležel J.; Gadaleta A.; Molnár I.(2022): Identification of New QTLs for Dietary Fiber Content in Aegilops biuncialis. International – Journal of Molecular Sciences 23, 3821. https://doi.org/10.3390/ijms23073821 IF: 6.208
Philippa Borrill, Rohit Mago, Tianyuan Xu, Brett Ford, Simon J Williams, Adinda Derkx, William D Bovill, Jessica Hyles, Dhara Bhatt, Xiaodi Xia, Colleen MacMillan, Rosemary White, Wolfram Buss, István Molnár, Sean Walkowiak, Odd-Arne Olsen, Jaroslav Doležel, Curtis J Pozniak, Wolfgang Spielmeyer (2022): An autoactive NB-LRR gene causes Rht13 dwarfism in wheat. – Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 119 (48): e2209875119, IF: 12.779
Szakács, É, Szőke-Pázsi, K, Kalapos, B, Schneider, A, Ivanizs, L, Rakszegi, M, Vida Gy,
Molnár, I, Molnár-Láng, M (2020): 1RS arm of Secale cereanum ‘Kriszta’
confers resistance to stripe rust, improved yield components and high
arabinoxylan content in wheat. – Scientific Reports IF: 3.998
Ivanizs, László ; Monostori, István* ; Farkas, András ; Megyeri, Mária ; Mikó, Péter ; Türkösi, Edina ; Gaál, Eszter ; Lenykó-Thegze, Andrea ; Szőke-Pázsi, Kitti ; Szakács, Éva et al (2019):
Unlocking the Genetic Diversity and Population Structure of a Wild Gene Source of Wheat, Aegilops biuncialis Vis., and Its Relationship With the Heading Time. – FRONTIERS IN PLANT SCIENCE 10 Paper: 1531
Gaál, Eszter ; Valárik, Miroslav ; Molnár, István ; Farkas, András ; Linc, Gabriella ; Zhang, Aimin (2018): Identification of COS markers specific for Thinopyrum elongatum chromosomes preliminary revealed high level of macrosyntenic relationship between the wheat and Th. elongatum genomes – PLOS ONE 13 : 12 Paper: e0208840
Molnár István csoportvezető publikációi: https://m2.mtmt.hu/gui2/?type=authors&mode=browse&sel=10003343&view=simpleList
Növényi Molekuláris Biológiai Csoport:
Ahres Mohamed (2021) The Impact of Far-Red Light Supplementation on Hormonal Responses to Cold Acclimation in Barley – Biomolecules 11: 3 Paper: 450 IF:4,694
Ákos Boldizsár, Alexandra Soltész, Karen Tanino, Balázs Kalapos, Zsuzsa Marozsán-Tóth, István Monostori, Petre Dobrev, Radomira, Vankova, Gábor Galiba (2021): Elucidation of molecular and hormonal background of early growth cessation and endodormancy induction in two contrasting Populus hybrid cultivars. – BMC Plant Biology 21 Paper: 111 32 p. IF:3,497
Kovács Terézia Ahres Mohamed, Pálmai Tamás, Kovács László, Uemura Matsuo, Crosatti Cristina, Galiba Gabor (2020): Decreased R:FR Ratio in Incident White Light Affects the Composition of Barley Leaf Lipidome and Freezing Tolerance in a Temperature-Dependent Manner. – International Journal of Molecular Sciences 21: 20 Paper: 7557 IF:4.556
Monostori I, Szira F, Árendás T, Gierczik K, Cattivelli L, Galiba, G, Vágújfalvi A (2017): Genome-wide association study and genetic diversity analysis on nitrogen use efficiency in a Central European winter wheat (Triticum aestivum L.) collection – Plos One 12 : 12 Paper: e0189265 IF:2,766
Novak A Boldizsar Á, Adam É, Kozma-Bognar L, Majláth I, Baga M, Toth, B, Chibbar R, Galiba G (2016): Light-quality and temperature-dependent CBF14 gene expression modulates freezing tolerance in cereals. – Journal of Experimental Botany 67 : 5 pp. 1285-1295. 11 p. IF:5,830
Galiba Gábor csoportvezető publikációi: https://m2.mtmt.hu/gui2/?type=authors&mode=browse&sel=authors10000339
Proteomikai Csoport
Gyöngyvér Gell, Ildikó Karsai, Zita Berki, Ádám Horváth, Christakis George Florides, Zsófia Birinyi, Dalma Nagy-Réder, Balázs Varga, András Cseh, Ferenc Békés, Ottó Veisz (2022): Effect of additional water supply during grain filling on protein composition and epitope characteristics of winter oats. – Current Res. in Food Sci., 5, 2146-2161. IF: 6.269.
Zsófia Birinyi, Dalma Réder, Ádám Diós, Ilma R. Korponay-Szabó, Éva Hunyadi-Gulyás Christakis George Florides, Angéla Juhász, Gyöngyvér Gell. Immunoanalytic investigation of grain proteins antigenic for celiac disease patients in an einkorn collection. – FOOD CHEMISTRY 371 Paper: 131148 , 11 p. (2022):. IF: 9.23.
Gyöngyvér Gell*, Zsuzsanna Bugyi, Christakis George Florides, Zsófia Birinyi, Dalma Réder, Zsuzsanna Szegő, Edina Mucsi, Eszter Schall, Katalin Ács, Bernadett Langó, Szandra Purgel, Katalin Simon, Balázs Varga, Gyula Vida, Ottó Veisz, Sándor Tömösközi, Ferenc Békés (2021): Investigation of protein and epitope characteristics of oats and its implications. – Original Research, Front. Nutr. – Food Chemistry, Submitted on: 29 Apr 2021, Edited by: Girdhari Sharma. Reviewed by: María De Lourdes Moreno Amador, Laura Allred, Utpal Bose. DOI: 10.3389/fnut.2021.702352. IF: 6.576.
Juhász A, Belova T, Florides CG, Maulis C, Fischer I, Gell G, Birinyi Z, Ong J, Keeble-Gagnère G, Maharajan A, Ma W, Gibson P, Jia J, Lang D, Mayer KFX, Spannagl M, International Wheat Genome Sequencing Consortium, Tye-Din, JA, Appels R, Olsen O-A (2018): Genome mapping of seed-borne allergens and immunoresponsive proteins in wheat. – Sci Adv 4:eaar8602. IF: 11.51
Gell Gy, Kovács K, Veres G, Korponay-Szabó I and Juhász A (2017): Characterization of globulin storage proteins of a low prolamin cereal species in relation to celiac disease. – Sci Rep. 7:39876, doi:10.1038/srep3987. IF: 4.259
Gell Gyöngyvér csoportvezető publikációi: https://m2.mtmt.hu/gui2/?type=authors&mode=browse&sel=authors10014160
Redox Biológiai Csoport:
Asghar MA, Balogh E, Szalai G, Galiba G, Kocsy G (2022): Differences in the light-dependent changes of the glutathione metabolism during cold acclimation in wheat varieties with different freezing tolerance. – Journal of Agronomy and Crop Science, 208:65–75. IF: 4,153.
Borbély P, Gasperl A, Pálmai T, Ahres M, Asghar MA, Galiba G, Müller M, Kocsy G. (2022): Light intensity- and spectrum-dependent redox regulation of plant metabolism. – Antioxidants, 11, 1311. IF: 7,675.
Balogh E, Kalapos B, Ahres M, Boldizsár Á, Gierczik K, Gulyás Z, Gyugos M, Szala, G, Novák A, Kocsy G. (2022): Far-red light coordinates the diurnal changes in the transcripts related to nitrate reduction, glutathione metabolism and antioxidant enzymes in barley. – International Journal of Molecular Sciences, 23, 7479. IF: 6,203.
Asghar MA, Balogh E, Ahres M, Szalai G, Gondor OK, Darkó É, Borbély P, Kulman K, Mednyánszky Z, Simon-Sarkadi L, Kocsy G (2022): Ascorbate and hydrogen peroxide modify metabolite profile of wheat differently. – Journal of Plant Growth regulation, https://doi.org/10.1007/s00344-022-10793-0. IF: 4,640
Cao J, Gulyás Z, Kalapos B, Boldizsár Á, Liu XY, Pál M, Yao YY,
Galiba G, Kocsy G (2019): Identification of a redox-dependent regulatory
network of miRNAs and their targets in wheat. – Journal of Experimental
Botany, 70: 85-99. IF: 5,908.
Kocsy Gábor osztályvezető publikációi: https://m2.mtmt.hu/gui2/?type=authors&mode=browse&sel=authors10001497
Sejt- és Szaporodásbiológiai Csoport:
Fábián A, Sáfrán E, Szabó-Eitel G, Barnabás B, Jäger K (2019) Stigma functionality and fertility are reduced by heat and drought co-stress in wheat. Front Plant Sci 10 Paper: 244. Doi: 10.3389/fpls.2019.00244 IF:4,407
Fábián A, Földesiné Füredi PK, Ambrus H, Jäger K, Szabó L, Barnabás B (2015) Effect of n-butanol and cold pretreatment on the cytoskeleton and the ultrastructure of maize microspores when cultured in vitro. Plant Cell Tiss Org Cult 123: 257-271. Doi 10.1007/s11240-015-0829-9 IF:2,125
Jäger K, Miskó A, Fábián A, Deák C, Eitel G, Szabó L, Barnabás B, Papp I (2014) A morpho-physiological approach differentiates bread wheat cultivars of contrasting tolerance under cyclic water stress. J Plant Physiol 171: 1256-1266. Doi: 10.1016/j.jplph.2014.04.013 IF:2,77
Fábián A, Jäger K, Rakszegi M, Barnabás B (2011) Embryo and endosperm development in wheat (Triticum aestivum L.) kernels subjected to drought stress. Plant Cell Rep 30: 551-563. Doi: 10.1007/s00299-010-0966-x IF:2,274
Jäger K, Fábián A, Tompa G, Deák C, Höhn M, Olmedilla A, Barnabás B, Papp I (2011) New phenotypes of the drought-tolerant cbp20 Arabidopsis thaliana mutant have changed epidermal morphology. Plant Biol 13: 78-84. Doi: 10.1111/j.1438-8677.2010.00343.x IF:2,395
