Részletes zárójelentés PD-75169

Hasonló dokumentumok
Metilviologén (paraquat) toleráns nyárfaklónok (Populus x canescens) szelekciója és alkalmazása fitoremediációban. Összefoglalás. Summary.

Zárójelentés. Gabonafélék stresszadaptációját befolyásoló jelátviteli folyamatok tanulmányozása. (K75584 sz. OTKA pályázat)

A szamóca érése során izolált Spiral és Spermidin-szintáz gén jellemzése. Kiss Erzsébet Kovács László

Növényvédelmi Tudományos Napok 2014

Egy szuperoxid (paraquat) toleráns, nagy antioxidáns kapacitású dohány fokozott fogékonysága szisztemikus vírusfertızéssel szemben

TÁMOP 4.2.2/B-10/

Klónozás: tökéletesen egyforma szervezetek csoportjának előállítása, vagyis több genetikailag azonos egyed létrehozása.

Gelencsér Tímea. Peszticidek alkalmazása helyett ellenálló GMO-k létrehozásának lehetőségei. Készítette: Budapest, 2004

Zárójelentés. 1. Bevezetés és célkitűzés

Az antioxidánsok és a poli(adp-ribóz) polimeráz szerepe a gabonafélék abiotikus stresszek által indukált öregedésében. Részletes jelentés

MOLEKULÁRIS NYÁRFANEMESÍTÉS (POPULUS X CANESCENS) ÖKOREMEDIÁCIÓS ALKALMAZÁSRA Gödöllı, Páter Károly u Budapest, Herman Ottó u. 15.

TRANSZGÉNIKUS NIKUS. GM gyapot - KÍNA. GM szója - ARGENTÍNA

Zárójelentés. In vitro szelekció és DH 0 növények előállítása

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

T-2 TOXIN ÉS DEOXINIVALENOL EGYÜTTES HATÁSA A LIPIDPEROXIDÁCIÓRA ÉS A GLUTATION-REDOX RENDSZERRE, VALAMINT ANNAK SZABÁLYOZÁSÁRA BROJLERCSIRKÉBEN

Zárójelentés OTKA K

NÖVÉNYÉLETTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Szabadföldi kísérletek

Molekuláris biológiai eljárások alkalmazása a GMO analitikában és az élelmiszerbiztonság területén

Zárójelentés (T37195 sz. pályázat) Cím: Szalicilsav által szabályozott védekező mechanizmusok vizsgálata gabonafélékben.

Transzgénikus növények előállítása

2. Biotranszformáció. 3. Kiválasztás A koncentráció csökkenése, az. A biotranszformáció fıbb mechanizmusai. anyagmennyiség kiválasztása nélkül

Aktív életerő HU/KAR/0218/0001

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

R. W. Allard (1996) Nemesítési haladás

REZISZTENCIA A HERBICIDEKKEL SZEMBEN

Kísérletek a som (Cornus mas L) és a homoktövis (Hippophae rhamnoides L) tömegméretű mikroszaporításának kidolgozására

DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. Abiotikus és biotikus stresszorok hatása árpa és dohány növényekre. Harrach Borbála Dorottya

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Takács Krisztina

A doktori értekezés tézisei. A növényi NRP fehérjék lehetséges szerepe a hiszton defoszforiláció szabályozásában, és a hőstressz válaszban.

ZÁRÓJELENTÉS ÉVBEN

Nemesítési haladás. Főbb trendek a növénynemesítésben. R. W. Allard (1996) Genetikai elszegényedés és a hasznos gének akkumulációja.

Növényvédelmi Tudományos Napok 2015

Francia Orobanche toleráns fajták gyakorlati alkalmazhatóságának vizsgálata az ULT Magyarország Kft. és a Nyidoter Kft.-nél

GENETIKAILAG MÓDOSÍTOTT SZERVEZETEK ALKALMAZÁSÁNAK VÉLT, ÉS/VAGY VALÓS ELŐNYEI ÉS HÁTRÁNYAI

A gsh1-transzgénikus szürkenyár stresszindukciója cink és paraquat tesztben, és nyár szomaklónok mikroszatellita diverzitása

Egy új genetikai módszerrel azonosított Arabidopsis A4A hősokk faktor funkcionális jellemzése

Gén technológia a mezőgazdaságban

Opponensi vélemény. címmel benyújtott akadémiai doktori értekezéséről

Szennyvíziszap komposzt energiafűzre (Salix viminalis L.) gyakorolt hatásának vizsgálata

Növényélettani Gyakorlatok A légzés vizsgálata

c. Doktori (Ph.D.) értekezés tézisei BUKOVINSZKI ÁGNES Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar Biológia Doktori Iskola

Lombtrágyázási technológiák

A kadmium okozta nehézfémstressz vizsgálata

Zárójelentés. ICP-OES paraméterek

Különböző Capsicum annuum var. grossum paprikafajták endofita baktériumainak izolálása, jellemzése és molekuláris biológiai vizsgálata

A kukorica ZmgstF4 génjének átvitele lúdfűbe (Arabidopsis thaliana)

SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL

NÖVÉNYÉLETTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A növény inváziójában szerepet játszó bakteriális gének

7.1. A kutatásunk célja. - A nemesítők részére visszajelzést adni arról, hogy az új hibridek a herbicidek fitotoxikus hatását mennyiben viselik el.

KUTATÁSI JELENTÉS. DrJuice termékek Ezüstkolloid Hydrogél és Kolloid oldat hatásvizsgálata

Őszi búzafajták magas hozamának megőrzése környezeti stressz hatása alatt

A pályázat címe: A szisztemikus szerzett rezisztenciában szerepet játszó molekuláris mechanizmusok vizsgálata

A KUKORICA CSEPEGTETŐ SZALAGOS ÖNTÖZÉSE

4.4 BIOPESZTICIDEK. A biopeszticidekről. Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai

VIZSGÁLATOK IDEGEN KÓROKOZÓKRA HUMÁN ÉLŐVÍRUS-VAKCINÁKBAN

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

FUSARIUM TOXINOK IDEGRENDSZERI HATÁSÁNAK ELEMZÉSE

NÖVÉNYÉLETTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Génmódosítás: bioszféra

KOMPLEX ÉS HATÉKONY BIOREMEDIÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK KIFEJLESZTÉSE SZENNYEZETT TALAJOK KÁRMENTESÍTÉSÉRE

Komposztkezelések hatása az angolperje biomasszájára és a komposztok toxicitása

Az állományon belüli és kívüli hőmérséklet különbség alakulása a nappali órákban a koronatér fölötti térben május és október közötti időszak során

A gsh1-transzgénikus szürkenyár stresszindukciója cink és paraquat tesztben és nyár szomaklónok mikroszatellita diverzitása

Csöppnyi gondoskodás... Csöpp Mix. Lombtrágya család. EK műtrágya.

Csiha Imre Dr. Keserű Zsolt Kamandiné Végh Ágnes NAIK ERTI Püspökladány

Háromféle gyógynövénykivonat hatása a barramundi (Lates calcarifer) természetes immunválaszára

A termesztett búza diploid őseinek molekuláris citogenetikai elemzése: pachytén- és fiber-fish.

Oktatói önéletrajz Dr. Nagyné Sárdi Éva

Csepegtető öntözőrendszerek tisztítása. Kísérlet 2018

GM-fajta előállítása szabadalomvásárlással

A nehézfémek növényi vízháztartásra gyakorolt hatásának vizsgálata Mágneses Rezonancia készülékkel. Készítette: Jakusch Pál Környezettudós

Új genetikai stratégia kidolgozása az Arabidopsis stressz válaszát szabályzó gének azonosítására

Készítette: Szerényi Júlia Eszter

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Biomatematika 13. Varianciaanaĺızis (ANOVA)

ERD14: egy funkcionálisan rendezetlen dehidrin fehérje szerkezeti és funkcionális jellemzése

Víz - és környezetanalitikai gyorstesztek

1.ábra Az intront tartalmazó génkonstrukció felépítése.

AZ ELSŐ TABLETTA FORMÁJÚ BIOSTIMULÁNS

LABORATÓRIUMI PIROLÍZIS ÉS A PIROLÍZIS-TERMÉKEK NÉHÁNY JELLEMZŐJÉNEK VIZSGÁLATA

NÖVÉNYÉLETTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

PhD beszámoló. 2015/16, 2. félév. Novotny Tamás. Óbudai Egyetem, június 13.

Fordított ozmózis. Az ozmózis. A fordított ozmózis. Idézet a Wikipédiából, a szabad lexikonból:

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

AvantGuard : új értelmet ad a korróziógátlásnak.

DEKALB HÍRLEVÉL /04. szám

A burgonya y vírussal kapcsolatos nemzetközi kísérlet eredményei (Debrecen-Pallag, )

A NÖVÉNYTERMESZTÉSI TÉR (TALAJ-NÖVÉNY) ANYAGFORGALMÁNAK INTERAKTÍV VIZSGÁLATA A MINŐSÉGI BÚZA ELŐÁLLÍTÁSA CÉLJÁBÓL. T sz.

Baktériumok szaporodása különböz anyagokon. Dipl.-Ing.Eckhard Vo, Wendel GmbH. Dipl.-Ing. Christian Störch, Herborn

GOP

PLASZTICITÁS. Merisztémák merisztemoidok őssejtek (stem cells) stem cell niche

Módszer az ASEA-ban található reaktív molekulák ellenőrzésére

A mitokondriális elektrontranszportot befolyásoló Arabidopsis PPR40 fehérje szerpe az abiotikus stresszválaszokban

A ferrát-technológia klórozással szembeni előnyei a kommunális szennyvizek utókezelésekor

Dr. Bittsánszky András. Növények a jövőnkért. Földes Ferenc Gimnázium Miskolc, február

Módszerfejlesztés emlőssejt-tenyészet glükóz tartalmának Fourier-transzformációs közeli infravörös spektroszkópiai alapú meghatározására

Kétszikű ill. kertészeti növényfajokon folytatott kísérletek. Dohány Burgonya Alma Nyárfa Szőlő Szegfű Repce Lucerna

Átírás:

Részletes zárójelentés PD-75169 Bevezetés A stressz rezisztenciára és a fitoremediációra (talajtisztítás növényekkel) történő in vitro nemesítési technológiák közül a napjainkban géntechnológiát alkalmazó módszerek a leghatékonyabbak. A géntranszformáció útján létrehozott növények tulajdonságai jók, megfelelő fitoremediációs kapacitással rendelkeznek. Azonban a társadalom nagy része és a legtöbb környezetvédelmben dolgozó szakember elutasítja a genetikailag módosított növények (GM) használatát ezért alternatív módszereket is be kell vonni a növények tulajdonságainak javítására. Fontos korlátja a remediációnak, hogy magas szennyezőanyag koncentrációnál nem alkalmazható, mert a szennyezőanyagok mennyisége a toxicitási küszöb alatt kell hogy maradjon. Ha a növények toleranciáját növeljük a szennyezőanyagokkal szemben, akkor a fitoremediációnak ezt a hátrányát mérsékelni tudjuk. Ezért a növények megnövelt stressz-toleranciája nagyobb fitoremediációs kapacitást is jelenthet. A növények életciklusuk folyamán számos biotikus és abiotikus stresszhatásnak vannak kitéve mint pl. szárazság, hideg, légszenyezettség, nehézfémszennyezés, herbicidek, kórokozók, stb. A legtöbb stresszfolyamat során a sejtekben reaktív oxigénformák keletkeznek, és a reaktív oxigénfajták túlsúlyba kerülve sejthalált indítanak be. Azok a növények, amelyek képesek ellenállni az oxidatív stressznek, ellenállóbbakká válnak a legtöbb biotikus és abiotikus stresszel szemben is. A munkánk alapvető elgondolása az volt, hogy a növények oxidatív stresszel szembeni ellenállását fejlesszük, és ezáltal javítsuk az ellenállóságot olyan stresszformákkal szemben amelyek közvetve vagy közvetlenül reaktív oxigénformák felhalmozódását okozzák. Ezt a célunkat egyrészt in vitro szelekcióval illetve transzgénikus növények előállításával valósítottuk meg. Kutatásainkban Arabidopsis thaliana és nyárfa növényeket alkalmaztunk. Az elgondolásunk az volt hogy a kihasználva az Arabidopsis thaliana gyors növekedését és könnyű kezelhetőségét, a kísérleteket elsősorban vele végezzük el és az eredményes módszereket alkalmazzuk nyárfára. A továbbiakban növények szerint mutatjuk be az elért eredményeket. Arabidopsis thaliana növényen végzett kísérletek Növényanyag A kísérletekhez Columbia-0 és Columbia-5 ökotípusokat a kevesebb mennyiségű aszkorbinsavat termelő vtc mutánst és a reaktív oxigén-formákra érzékeny rcd1-1 mutánst alkalmaztuk. A transzformációs munkákhoz a Columbia-5 ökotípust használtuk. Transzformációs munkák Első lépésben az Arabidopsis thaliana (Col-5) genetikai transzformációját végeztük el, amely során a kukorica gstf4, (glutation S-transzferáz phi4, Acc. No. X79515) gén túltermeltetése volt a cél. A génszakaszt pcambia1301 bináris vektorba építettük be majd Agrobacterium tumefaciens-be való bejuttatást követően virágmerítéses módszerrel (floral dip) transzformáltunk. A kifejlődött magvakat higromicin tartalmú táptalajon csíráztatva szelektáltunk. A transzgén jelenlétét öröklődését és működését PCR és RT-PCR módszerekkel bizonyítottuk több generáción keresztül. Az Arabidopsis thaliana növényekben lemértük a glutation S-transzferáz enzimek aktivitását CDNB (chloro-dinitro benzene) modell szubsztráttal (1. ábra). A méréseink nem mutattak különbséget az enzimaktivitások szintjei között a transzgénikus és kontroll növényekben. Azonban a további kísérleteink eredményei arra utalnak hogy a gstf4 gén enzimterméke aktív. Ennek az lehet az oka hogy CDNB nem szubsztrátja a kukorica GSTF4 enzimjének. 1

Arabidopsis GST aktivitás 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 12 59 61 88 89 Col-5 1. ábra. GstF4 génnel transzformált Arabidopsis thaliana növényekben CDNB-model szubsztráttal mérhető glutation S-transzferáz aktivitás (Az x-tengelyen számok különböző transzgénikus vonalakat jelölik) A transzformáns növényeket stressz-kísérleteknek vetettük alá ahol gyomirtó szereket illetve nehézfémeket alkalmaztunk. A kísérleteket három rendszerben, (i) steril körülmények között táptalajon, (ii) vízkultúrás rendszerben és (iii) cserépben földkeveréken végeztük el. A transzgénikus Arabidospsis thaliana növények stressz-ellenállóságát a következő gyomirtószerekkel illetve nehézfémekkel szemben teszteltük: acetoklór, metolaklór, paraquat, cink, kadmium, hidrogén peroxid és NaCl. Acetoklór, metolaklór, acifluorfén és paraquat kezelések A klóracetanilid típusú herbicideket (pl, acetoklór, metolaklór) széles körben használják gyomirtásra elsősorban kukorica és szója esetében. Régóta ismert, hogy a magasabbrendű növényekben e gyomirtószerek detoxifikálása glutationnal vagy homoglutationnal való konjugáció útján valósul meg amely reakciót a glutation S-transzferáz enzimek végzik. Acetoklór kezelést alkalmaztunk transzgénikus és kontroll Arabidopsis növényeken táptalajon, cserépben és vízkultúrában. Érdekes módon kizárólag vízkultúrás körülmények között sikerült kimutatnunk a transzgénikus növények stressz toleranciáját (2. ábra) 2. ábra. Vízkultúrás rendszerben nevelt kontroll és transzgénikus Arabidopsis thaliana növények 10mM acetoklórral kezelve. A növényeket öt hetes korukban kezeltük. A fotók nyolc nappal a kezelés után készültek. Az acetoklór hatására a kontroll növények levelei kevésbés fejlődtek (balra). A transzgénikus növények gyökerei az acetoklór tartalmú tápoldatban is jól fejlődtek míg a kontroll növények gyökérnövekedése visszamaradt (jobbra) Metolaklórral történő kezelés során jelentős különbséget tapasztaltunk transzgénikus és kontroll növények között (3. ábra). A 200 µm metolaklórt tartalmazó táptalajon steril körülmények között csíráztatott kontroll csíranövények nem növesztettek gyökeret és a fejlődésük a sziklevelek kifejlődése után megállt. Ezzel szemben a transzgénikus csíranövények növekedése teljesen normális módon ment végbe. Egy további kísérletben tőzegkockában (Jiffy) nevelt 4 és 6 hetes növényeket kezeltünk metolaklór (200mM) oldattal. A transzgén hatása itt is szembetűnő volt ugyanis a kontroll növények fejlődése a kezelést követően megállt míg a transzgénikus növények normális módon növekedtek tovább. 2

3. ábra Kontroll és transzgénikus Arabidopsis thaliana növények kezelése metolaklórral táptalajon (balra), Jiffy tőzegkockában (középen) és cserépben (jobbra) Az acifluorfén kezelést (0,06 µm) táptalajon steril körülmények között alkalmaztuk. A különbség ebben az esetben a túlélő növények számában volt mérhető. Amíg a csirázást követően a kontroll növények 100 %-a elpusztult addig a transzgénikus növények közül 20 % gyengén ugyan de tovább fejlődött. A transzgénikus növényeinket paraquat tartalmú táptalajon csíráztattuk. Ebbe a kísérletbe bevontuk a csökkent aszkorbinsavat termelő vtc mutánst is. Arra voltunk kíváncsiak vajon a megemelt GST aktivitásnak illetve az aszkorbinsavnak van e közvetlen hatása a paraquat növényekre gykorolt hatásának kivédésében. A táptalajba többféle koncentrációban adagoltuk a gyomirtószert de fejlődésbeli különbség a transzgénikus és kontroll növények között nem volt látható Tehát valószínűsíthető hogy sem a GSTF4 enzim sem az aszkorbinsav nem vesz részt a paraquat detoxifikálásában. Cink és kadmium kezelés kontroll gstf4 kontroll gstf4 A cink a talajokban ritkán fordul elő toxikus mennyiségben sokkal jelentősebb problémát jelent a növény alacsony cink tartalma. A legtöbb mezőgazdasági talajban a cink együtt fordul elő a kadmiummal ami viszont egyértelműen toxikus elem viszont hasonlóan metabolikus úton jut be a növénybe. Ezért a stressz rezisztencián kívül arra is kíváncsiak voltunk hogy hogyan reagálnak a növények a kadmium és cink szimultán kezelésére. A kísérlet során cserépben nevelt 3 hetes növényeket kezeltünk cink-szulfáttal és kadmium szulfáttal. A kezelést követő második héten atomemissziós módszerrel lemértük a növények föld fölötti részében a Zn, Cd, Fe és Ca tartalmat (1. táblázat). 1. táblázat Kezeletlen, illetve cinkkel (300 µm) és kadmiummal (50 µm) kezelt Arabidopsis thaliana növények (Col-0) elemtartalma (átlag ± standard hiba) Zn mg/kg Cd mg/kg Fe mg/kg Ca száraztömeg % kezeletlen 114,33 ± 5,78 6,76 ± 0,93 305,33 ± 45,24 3,25 ± 0,09 Zn+Cd+ 89,80 ± 2,92 54,33 ± 9,05 114,83 ± 18,7 3,25 ± 0,04 A kezelés hatására a növények föld fölötti részében a cink tartalom kissé lecsökkent, míg a kadmium jelentősen megnövekedett. Ezek alapján megállapítható hogy a cinkkel és kadmiummal szennyezett talajokból a kadmium eltávolítható anélkül hogy a talajok cink-tartalma csökkenne. A továbbiakban megvizsgáltuk a cink és kadmium gstf4 transzgénikus növényekre gyakorolt hatását. A cink stressz előidézésére cink szulfátot és cink kloridot is használtunk de a növényre gyakorolt hatásuk megegyezett. A kísérleteinket vízkultúrás rendszerben végeztük. A transzgénikus és kontroll 3

növények között fenotípusos eltérést nem tapasztaltunk. Megfigyeltük viszont, hogy viszonylag magas ZnSO 4 -koncentráció hatására növény zöld részei erősen megsárgulnak, növekedésük lelassul viszont a gyökereiken erőteljes hajszálgyökér-növekedés volt megfigyelhető (5. ábra) 5. Ábra Cink szulfát (0,2 µm balra, 1,5 mm jobbra) hatása Arabidopsis thaliana növényekre vízkultúrás rendszerben. A kadmium (200 µm) transzgénikus növényekre gyakorolt hatását cserepes növényeken vizsgáltuk. Első kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy a kadmium hatására a kontroll növényeken klorotikus foltok jelentek amelyek a transzgénikus növényeken kevésbé voltak intenzívek. A kísérlet során azonban azt is megállapítottuk, hogy a kadmiummal kezelt növények eltérő erősségű fénynél másképp reagálnak. Ennek az összefüggésnek a tanulmányozására további kísérleteket tervezünk. Egyebek További kísérleteket végeztünk hidrogén-peroxiddal és NaCl-al de nem tapasztaltunk különbséget. Tesztelni fogjuk továbbá a transzgénikus növényeink kórokozókkal szembeni viselkedését. Ezeken kívül megkezdtük az Arabidopsis növények transzformálását szuperoxid-dizmutáz és kataláz génekkel. E növények értékelése folyamatban van. Szürkenyárral (Populus canescens) végzett kísérletek Az irodalomban leírtak szerint a paraquat herbiciddel szembeni, nagy antioxidáns kapacitású növények in vitro szelektált klónjai az oxidatív stresszel szembeni rezisztenciát is mutattak, melyet többféle biotikus és abiotikus stressz idézett elő. Ezekben a kísérletekben, a paraquat-rezisztens növényekben a betegséggel előidézett nekrotikus tünetek visszaszorultak. Igazolódott, hogy a paraquat-rezisztens növény antioxidáns kapacitása szignifikánsan nagyobb a kontroll növényekénél. A burgonyában végzett korábbi kísérleteinkben paraquat-rezisztens burgonyaklónokat szelektáltunk, amelyek többféle burgonyabetegséggel szemben mutattak rezisztenciát, megemelt antioxidáns kapacitással. A módszerrel nagy hatékonyságú növénynemesítési szelekciós eljárást vezettünk be, amellyel multirezisztens, nagy antioxidáns aktivitású növényeket lehet előállítani. A hosszú életidejű fafajok között azonban kevés eredmény áll rendelkezésre, ezért munkánkban nagy fitoremediációs kapacitású, paraquat rezisztens, szürkenyár (Populus x canescens) klónok előállítása volt a cél. Növényanyag A vizsgálatokhoz a szürkenyárhibrid (Populus tremula Populus alba = Populus canescens) klónjait alkalmaztuk (INRA No.717-1-B4) E klónnak előnyös tulajdonsága hogy rendkívül jól mikroszaporítható. A klónok szaporítása nodális szegmentekkel in vitro módszerrel történt. A regenerálódott hajtásokat gyökérindukáló táptalajra helyeztük. A gyökeres növényeket cserépbe ültettük ki és üvegházban neveltük tovább. 4

Paraquat stressz in vitro: Az in vitro szelekciós kutatások elmúlt éveiben kevés figyelem fordult a fás növényekre, a regeneráció nehézségei miatt. Máig nem sikerült a tudományban stabil paraquat-toleráns nyárfaklónokat szelektálni, ezért kísérleteink első részében a paraquat biológiai hatását vizsgáltuk és határoztuk meg a letális és szubletális dózisokat levélkorong tenyészetben. A 4 10-3 M 4 10-6 M koncentrációkon a levélkorongok 8 nap elteltével mind kifehéredtek. A 4 10-7 M paraquat koncentrációnál a levélkorongok csak részlegesen fehéredtek ki (szubletális dózis), elszórt fehér foltok jelentkeztek a zöld levélen. Az összes többi alacsonyabb koncentrációnál vizuálisan nem tapasztaltunk eltérést a paraquat nélküli kontrollhoz képest, mindenhol zöldek maradtak a korongok. A fentiek alapján megállapítható, hogy a nyár levélkorongok számára a 4 10-6 M paraquat koncentráció letális, a 4 10-7 M a szubletális, a 4 10-8 M pedig már vitális, ezért a vizsgálatokat a szubletális tartományban végeztük A szubletális dózison (4 x 10-7 M) sikeres volt a paraquat toleráns klónok szelekciója in vitro hajtástesztben. A regeneránsokat gyökeresítő táptalajra helyzetük, majd a gyökeres példányokat hajtássokszorozással felszaporítottuk, és hajtástesztben ellenőriztük a paraquat-tolerancia stabilitását. A túlélő növények arányát százalékban fejeztük ki (2. táblázat). 2. táblázat. Paraquat toleráns klónok szelekciója szürkenyár hajtástenyészetben paraquat (M) vad típus (%) 0,00 96,0 % 3,3 10-7 20,0 % 6,6 10-7 5,0 % 9,9 10-7 1,6 % Részletesen megvizsgáltuk a nyárfa szövetek antioxidáns kapacitását, amely az egyik meghatározó paraméter a növények általános stressz-tűrőképességében. Elsőként három meghatározó antioxidáns enzim aktivitását vizsgáltuk a paraquat-toleráns és kontroll nyárfa levélszöveteiben. Ezek az antioxidáns enzimek az oxidáló hatású hidrogén-peroxidot, valamint különböző szerves peroxidokat képesek lebontani a növényi sejtekben. Az enzimaktivitásokat spektrofotometriásan mértük. A paraquat-toleráns és normál nyárfák kezeletlen leveleinek aszkorbát-peroxidáz, glutation-reduktáz és glutation S-transzferáz aktivitása között nem tapasztaltunk szignifikáns eltérést (3. táblázat). A paraquat-toleráns és normál nyárfa levelek cisztein és glutation (GSH) tartalmát HPLC módszer segítségével a monobromobimán származékképző reagens alkalmazásával határoztuk meg. 3. táblázat Glutation S-transzferáz, aszkorbát-peroxidáz és glutation-reduktáz enzimek aktivitása paraquat toleráns és vad típusú klónokban. Enzim Paraquat-toleráns Vad típusú (érzékeny) (PQT) (WT) Aszkorbát-peroxidáz 8,2 ± 2,6 7,6 ± 0,9 μmol g FW -1 min -1 Glutation reduktáz 0,41 ± 0,09 0,32 ± 0,08 μmol g FW -1 min -1 Glutation S-transzferáz 1,8 ± 0,5 1,5 ± 0,4 μmol g FW -1 min -1 A glutation (GSH) tartalom lényegesen magasabb volt a paraquat toleráns (PQT) vonal leveleiben, ami arra utal, hogy ennek a növénynek fokozottabb a toleranciája oxidációs stresszel és különbözö GSH segítségével lebomló herbicidekkel szemben (acetoklór, metolaklór, atrazin, aciflorfen stb). A levelek cisztein tartalma nem tért el a szignifikáns módon a két vonal levelei között (6. ábra). 5

nmol x g friss tömeg -1 50 40 30 20 10 0 250 200 150 100 cisztein glutation ** n = 4 50 0 érzékeny paraquat toleráns 6. ábra Paraquat-toleráns (PQT) és érzékeny (WT) nyárfa levelek cisztein és glutation tartalma A paraquat toleráns (PQT) klónok bizonyítására és jellemzésére levélkorong tesztet alkalmaztunk. A két nyárfavonal steril tenyészeteiből vágott levélkorongokat in vitro tenyészetben a paraquat gyomirtószert tartalmazó WPM táptalajon tenyésztettük (paraquat: 4x10-7 M.) Három hetes tenyésztési időt követően a paraquatot tartalmazó táptalajon a vad típusú (WT) levélkorongok megbarnultak, míg a toleráns vonalak zöldek maradtak. A teszt során mértük a gst gén expresszióját és a gst-kódolt enzim-fehérje, a GST enzimaktivitássát. A paraquat toleráns klón gst génexpressziója stressz mentes (paraquat-mentes táptalaj) körülmények között 71,4-szeres mértékű gst expressziót mutatott, amely aktivitás 10-7 M paraquat-stresszben is magasabb volt a kontrollnál (WT) (közel négyszeres: 7,1 / 31,5), míg a szubletális koncentrációban (4x10-7 M) közel 22-szeres (0,2 / 4,5). A fehérítő koncentrációban (10-6 M) a kontroll (WT) vonal minimális gst aktivitása mellett (0,1 relatív egység) a Paraquat toleráns klón még 40,5-szeres gst expressziót mutatott (7 ábra). Ez utóbbi eredmény jelzi, hogy a kloroplaszt-mentes (kifehéredett) PQT mintákban a gst-expresszió, mint vészrekació még igen magas mértéket mutat, amely együtt járt a GST enzim funkciójának extrém mértékű növekedésével (154,1 nm konjugátum) (8. ábra) is. 7. ábra A gst gén expressziója (RT-qPCR) a szürkenyár (Populus x canescens) természetes (WT) és paraquat-toleráns (PQT) klónjában (n=6) három koncentrációs hajtástesztben 10-7 M, 4x10-7 M és 10-6 M paraquat mellett 8. ábra A GST enzim aktivitása a paraquat-toleráns (PQT) és a kontroll (WT) szürkenyár klónok ellenőrző hajtásteszteiben, háromféle paraquat koncentráció mellett (10-7 M, 4x10-7 M, 10-6 M), 1% szacharóz tartalmú in vitro táptalajon 6

Miután laboratóriumi körülmények között bebizonyosodott hogy a paraquat toleráns vonalak alkalmasabbak lehetnek fitoremediációra, ezeket a vonalakat mikroszaporítással felszaporítottuk majd szabadföldi kiültetésre kerültek. A további laboratóriumi tesztekhez paraquat (9. ábra), metolaklór és acifluorfén gyomirtószerekkel használtunk. Tesztjeinket üvegházi körülmények között nevelt háromhónapos növények levelein végeztük. A leveleket gyomirtószerek különböző koncentrációjú oldataiba helyeztük és felvételeztük a látható elváltozásokat. Ezt követően spektrofotometriás módszerrel mértük a levelekben az aszkorbát-peroxidáz, glutation S-transzferáz és a kataláz enzimek aktivitását. A vegyszerek okozta fenotípusos elváltozás eltérő mértékű volt a paraquat-toleráns és kontroll nyárfaklónban. Három antioxidáns enzim aktivitását vizsgálva a klónok levélszöveteiben, mindhárom vegyszer (paraquat, metolaklór és acifluorfén) esetében kimutattuk a nagymértékű stressz indukciót, valamint igazoltuk a klónok eltérő stressz reakcióját. Az eredmények azt igazolják, hogy az in vitro szelektált paraquat-toleráns nyárfaklónokban olyan szinerg tulajdonságok is megjelentek, amelyek hatékony stressz-ellenállóságot eredményeztek más hatásmechanizmusú szerekkel szemben is. A szabadföldi kísérletek eredményei szükségesek annak eldöntéséhez, hogy ezek a tulajdonságok in vivo körülmények között is megjelennek-e. A kutatások hosszú távon a gyakorlatban is alkalmazható, magas stressztűrő képességű nyárfaklónok létrehozását eredményezhetik. 9. Ábra. A paraquat toleráns és kontroll szürkenyár klónok összehasonlító tesztelése paraquattal szembeni ellenállóságra. A levelek levélnyelét paraquat oldatba (10-4 M) helyeztük és folyamatos megvilágításnál figyeltük a nekrózis terjedését. Egyebek Mivel az Arabidopsis növények transzformálása gstf4 génnel eredményes volt ezért kísérletet tettünk a nyárfába való bevitelére is. Azonban a szaporítás során a transzgén kiszegregálódott növényekből. A kísérletet ezek után már nem folytattuk, ugyanis a genetikailag módosított fákkal történő szabadföldi kísérletezés a jogi környezet miatt világszerte egyre nehezebbnek tűnik, ezért esetleges hasznosításuk középtávon sem volna lehetséges. 7