témavezető: Kereszt Attila
helyszín (magyar oldal): MTA SZBK Biokémiai Intézet, Szimbiózis és Funkcionális Genomikai Egység, Növénygenomika Csoport helyszín rövidítés: SzBK
A kutatási téma leírása:
KUTATÁSI TÉMA ÖSSZEGZÉSE
Az ún. Inverted Repeat-Lacking Clade-hez (IRLC) tartozó pillangósvirágú növényekkel szimbiózisban élő baktériumok drámai változáson mennek keresztül (a baktérium sejtek megnyúlnak, DNS-ük megtöbbszöröződik, megváltozik a sejtmembránjuk átjárhatósága és elveszítik osztódóképességüket). Ez az átalakulás egyirányú, a bakteroidok ún. terminális differenciációját a gazdanövény gümő-specifikus, cisztein-gazdag peptidek (NCR-ek: nodule-specific cysteine-rich peptides) segítségével szabályozza. Az NCR géncsaládnak körülbelül 600 tagja van Medicago truncatula-ban, az általuk kódolt, szekretált peptidek aminosav sorrendje nagymértékben eltér egymástól. Ezen peptidek bakteriális célpontjainak azonosítása segíthet megérteni az NCR-ek hatásait, amely a Rhizobium-pillangósvirágú növény szimbiózisban hozzájárul a nitrogénkötő baktériumok megváltozott fiziológiájához és végső soron a terminálisan differenciálódott bakteroidok evolúciós sikeréhez.
IRODALMI ÁTTEKINTÉS
A pillangósvirágú növények szimbiózisban élnek a légköri nitrogén megkötésére képes talajlakó baktériumokkal, amelyeket együttesen Rhizobiumoknak nevezünk. A szimbiotikus nitrogénkötés az ún. gyökérgümőkben megy végbe. Az IRLC-hez tartozó legtöbb pillangósvirágú növény szimbiotikus partnere rendkívüli változáson megy keresztül (sejtmegnyúlás, morfológiai változások, DNS-tartalom megsokszorozódása, megváltozott membrán-átjárhatóság és az osztódóképesség elvesztése jellemző rájuk). Ezt az egyirányú, véglegesnek tekinthető (ezért terminális) bakteroid differenciációt a gazdanövény szabályozza gümő-specifikus, cisztein-gazdag peptidek segítségével (NCR-ek). Az NCR géncsaládnak körülbelül 600 tagja van M. truncatula-ban, amelyek kizárólag a Rhizobiumok által megfertőzött növényi sejtekben fejeződnek ki. Az NCR gének a M. truncatula mind a nyolc kromószómáján megtalálhatóak, gyakran csoportosan fordulnak elő. Kisméretű gének, általában két exont tartalmaznak: az első a viszonylag konzervált szignál peptidet kódolja, a második pedig az általában 30-50 aminosav hosszúságú, aktív peptidet. Az NCR-ek nagymértékben különböznek egymástól, azonban mindegyikben megtalálható 4 vagy 6 cisztein meghatározott pozícióban. Az NCR-ek bakteriális célpontjai még nagyrészt ismeretlenek, a peptidek lokalizációja alapján feltételezhetően megtalálhatóak a baktériumok membránjában és citoszoljában is, lehetnek fehérjék, nukleinsavak vagy lipidek.
JELENLEGI KUTATÁS
Az NCR peptidek óriási száma felveti a kérdést, hogy a Medicago truncatula miért használja a gümő-specifikus peptidek arzenálját a bakteroid differenciáció szabályozására. A természetben általában csak egy vagy néhány fehérje szolgál egy adott biokémiai funkció ellátására. A nagyméretű fehérje családok egyes tagjainak specifikus szerepe lehet, valószínűleg az NCR család sem egyetlen funkciót lát el. Lehetséges, hogy az egyes fejlődési lépések során különböző NCR-ek csoportjai egymással összehangoltan fejtik ki hatásukat. Valószínűleg a 600 peptid között vannak olyanok, amelyek egymással átfedő feladatokat látnak el, azonban lehetnek egyedi funkcióval rendelkező, kulcsszerepet játszó peptidek is. Az NCR-ek funkciójáról és pontos hatásmechanizmusáról még kevés információnk van. A kationos peptidek kölcsönhatásba lépnek a sejtmembránnal, megváltoztatják annak átjárhatóságát és antimikrobiális hatással rendelkeznek in vitro. Csoportunk nemrégiben publikálta, hogy az NCR247-nek számos bakteriális célpontja van, a peptid befolyásolja a bakteriális génkifejeződést és metabolizmust, a fehérjék szintézisét és a sejtosztódást.
CÉLKITŰZÉS
Az egyes NCR peptidek szerepének megállapításához hasznos a genetikai módszerek alkalmazása. M. truncatula mutánsok (ahol a mutáció NCR-t érint) gümő- és bakteroid fejlődésének vizsgálata rávilágíthat a peptidek hatásmechanizmusára. Rekombináns, affinitás tag-gel ellátott NCR peptidek E. coli expressziós rendszerben és transzgénikus növényekben való termeltetésének tanulmányozása, valamint a lehetséges kölcsönható partnerek azonosítása (affinitás tag-en keresztül történő lehúzással vagy immunprecipitálással) segíthet tisztázni az egyes peptideknek a bakteroidok differenciálódásában és a szimbiotikus nitrogén kötésben játszott szerepét.
MÓDSZEREK
• klónozás (az E. coli expressziós rendszerben és/vagy növényben történő termeltetéshez affinitás tag-gel megjelölt NCR-t tartalmazó génkonstrukciók létrehozása)
• rekombináns fehérjék termeltetése és tisztítása, a lehetséges kölcsönható partnerek azonosítása a tag-en keresztüli lehúzással és immunprecipitálással
• a létrehozott konstrukciók vizsgálata növényi gümőzési tesztben
• konfokális mikroszkópia (a mutáns növények gümő- és bakteroid fejlődésének nyomon követése)
AJÁNLOTT IRODALOM
Farkas A, et al.: Medicago truncatula symbiotic peptide NCR247 contributes to bacteroid differentiation through multiple mechanisms. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 111: 5183–5188 (2014)
Kereszt A, et al.: Bacteroid development in legume nodules: evolution of mutual benefit or of sacrificial victims? Mol. Plant-Microbe Int., 24:1300-1309.
Kondorosi E, et al.: A paradigm for endosymbiotic life: cell differentiation of rhizobium bacteria provoked by host plant factors. Ann. Rev. Microbiol., 67: 611-628 (2013)
Penterman J, et al.: Host plant peptides elicit a transcriptional response to control the Sinorhizobium meliloti cell cycle during symbiosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 111:3561-3566
Van de Velde W, et al.: Plant peptides govern terminal differentiation of bacteria in symbiosis. Science, 327:1122-1126 (2010)
előírt nyelvtudás: angol felvehető hallgatók száma: 1
Jelentkezési határidő: 2016-09-30
2024. IV. 17. ODT ülés Az ODT következő ülésére 2024. június 14-én, pénteken 10.00 órakor kerül sor a Semmelweis Egyetem Szenátusi termében (Bp. Üllői út 26. I. emelet).
Bejelentkezés
