Bilek Adrienn, Sárdi Éva
Budapesti Corvinus Egyetem, Genetika és Növénynemesítés Tanszék
Kivonat
Különböző növényfajok vizsgálatával igazolták, hogy bizonyos metil-donor vegyületek mennyiségmérésével, adott fajon belül a különböző fajták eltérő védekezési-potenciálja jellemezhető. Kutatásunk célja annak tanulmányozá-sa volt, hogy a bogyórothadástanulmányozá-sal szemben különböző érzékenységű szőlőfaj-ták leveleiben mérhető kvaterner ammónium vegyületek mennyisége össze-függésbe hozható-e az egyes fajták termesztési tapasztalatok alapján ismert stressz-ellenállóságával.
A mintavétel szabályainak figyelembevételével, termőhelyről gyűjtött le-vélminták vizsgálatával nyert információink arra utalnak, hogy a detektált vegyületek (kolin, karnitin és trigonellin) közül a kolin mennyisége alkalmas lehet a különböző stressz-tűrőképességű szőlőfajták egymáshoz viszonyított jellemzésére.
Bevezetés
Az endogén transz-metilezési folyamatok pontos biológiai hatásai még ugyan nem teljesen felderítettek, de az utóbbi években sokasodik azon publikációk száma, melyek jelentőségüket, és az ezekben a folyamatokban részt vevő kulcs-fontosságú metabolitok, anyagcseretermékek és makromolekuláris összetevők szerepét bizonyítják.
A metilezési körfolyamatban szerepet játszó kvaterner ammónium vegyü-letek közül elsősorban a betain és a kolin növények stressz-toleranciájában be-töltött szerepét igazolták. (Blunden et. al., 1985; Chen et al., 2002). A kolin, valamint a betain tartalom és a Botrytis cinerea-val, ill. a Fusarium germani-um-al szembeni ellenálló-képességet búzákban vizsgálták. Az exogén kezelés csökkentette a Botrytis fertőzőképességét szántóföldi körülmények között és in vitro is (Strange et al.,1974). Manninger és mtsai. (1992) glicin betain és N-trimetil-lizin alkalmazásával végezték búza növények biotropikus gombák elleni rezisztenciájának fokozását. Kimutatták, hogy az alkalmazott vegyületek képesek idő- és dózisfüggő betegség-ellenállást indukálni. Obligát biotropikus
42
gombák ellen a trigonellin is alkalmasnak bizonyult rezisztenciaindukálásra (Kraska és Schönbeck, 1992). A kvaterner ammónium vegyületek mennyisé-ge és a betegség-ellenállóság közötti összefüggést görögdinnye-Fusarium gaz-da-patogén kapcsolatban is bizonyították (Sárdi és Tyihák, 1998).
Az Arabidopsis-on és Nicotiana-n végzett transzformálási beavatkozások si-keresen megnövelték a védekezésben szerepet játszó komponensek (kolin, be-tain) mennyiségét. Ezek az eredmények további kísérleteket tesznek indokolttá, hogy a későbbiekben az ipari növényekben (pl. rizs, burgonya, cukorrépa ) is növeljék ezen vegyületek termelődését. (Chen és mtsai, 2002). A betain felhal-mozódás és a sótűrés kapcsolatát transzgénikus paradicsomnövények levele-iben vizsgálták Sulipice és mtsai. (2003). A transzformálás a betain szintézis fokozására irányult. Eredményeik alapján a „normál” paradicsomhoz képest a transzgénikus növényekben fokozott tűrőképesség alakult ki. Azt, hogy a betain segíti a növények gyors alkalmazkodását különböző extrém stressz helyzetek-hez, eredményesen vizsgálták különböző géntranszformált növényeknél Ashraf és Foolad (2006) is.
A transzmetilezési folyamatokban szerepet játszó vegyületek mennyiségé-nek korfüggő változásait bab növényeken vizsgálták Sárdi és Stefanovits (2006).
A mobilizálható metil csoportok („kötött” HCHO) mennyisége a legfiatalabb és a legidősebb levelekben volt a legmagasabb. Az öregedés során a peroxidáz aktivitás növekedett és a metil-donor vegyületek mennyisége csökkent.
Célkitűzéseink annak vizsgálatára irányultak, hogy a stressz-hatásokkal szembeni védekezésben bizonyítottan szerepet játszó metil-donor vegyületek homeosztázisban mérhető mennyisége összefüggést mutat-e adott faj, külön-böző fajtáinak termesztési tapasztalatok alapján ismert betegség-ellenállóságá-val. Mivel ezeknek a vegyületeknek a mennyisége bizonyítottan függ a növényi rész korától, fejlettségétől, célunk volt a fajta-összehasonlításra legoptimálisabb állapot vizsgálata is.
Anyag és módszer
A begyűjtött fajtákból (1. táblázat) az első hat rothadásra fogékony, a második hat, pedig rothadásra kevésbé, vagy nem érzékeny. Az eddig más, hasonló kí-sérletekben szereplő, szabályozott feltételek között nevelt növényekhez képest, levélmintáink szabadföldi környezetből származnak. A vizsgált leveleket fejlő-dési fázis alapján három csoportra bontottuk: vitorla, fiatal levél és idős levél.
Fajták Bogyórothadás Fagy Szárazság
Zweigelt érzékeny közepes közepesen tűri
Királyleányka hajlamos viszonylag tűri kissé érzékeny Rizling-szilváni hajlamos mérsékelten tűri
Chardonnay érzékeny jól tűri viszonylag tűri
Leányka érzékeny közepesen tűri szárazságtűrő
Mátrai muskotály hajlamos nagyon érzékeny
Zenit kevésbé hajlamos közepesen tűri viszonylag tűri Zengő kicsit érzékeny közepesen tűri szárazságtűrő Tramini kevésbé hajlamos viszonylag tűri viszonylag tűri
Merlot kevésbé hajlamos fagyérzékeny közepesen tűri
Cserszegi fűszeres nem rothad fagytűrő érzékeny
Kékfrankos nem rothad viszonylag tűri viszonylag tűri 1. táblázat. A vizsgált fajták bogyórothadással és abiotikus stressz-hatásokkal
szembeni érzékenysége (Bényei és Lőrincz, 2005)
OPLC-s elválasztással (Overpressured Layer Chromatographic separation) és den-zitométeres kiértékeléssel a betain, kolin, N-trimetil-L-lizin, trigonellin, L-karnitin, mellett, a HCHO dimedon adduktját is vizsháltuk (Gersbeck és mtsai., 1989).
Eredmények
A fajta-összehasonlítást eltérő korú levelek tanulmányozásával végeztük, ami le-hetőséget adott arra, hogy vizsgálhassuk az endogén vegyületek korfüggő meny-nyiségi változásait is (1. ábra).
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Zweigelt Királylányka Rizling Szilváni Chardonnay Leányka Mátrai Muskotály átlag S Zenit Zengő Tramini Merlot Cserszegi Fűszeres Kékfrankos átlag R
Kolin (g/g)
VITORLA FIATAL ÖREG
1. ábra. A levelek korától való függőség
44
Zweigelt Királylányka Rizling Szilváni Chardonnay Leányka Mátrai Muskotály átlag S Zenit Zengő Tramini Merlot Cserszegi Fűszeres Kékfrankos átlag R
Metil-donor vegyületek (g/g) KOLIN KARNITIN TGL
2. ábra. A vitorlákban detektált metil-donor vegyületek
A szőlőlevelekben a vizsgált N-metilezett vegyületek közül kolint, karnitint és trigonellint tudtunk mennyiségileg is értékelhetően detektálni. A vitorlákban (legfiatalabb vizsgált nővényi részek) jelentősen nagyobb volt a kolin mennyisé-ge, mint az öreg levelekben. A vizsgált 12 fajtából 8 fajta esetében látható, hogy a levél öregedésével a kolin mennyisége csökken. A rothadásra hajlamos és az arra nem érzékeny fajták a kolin mennyisége alapján jól elkülöníthetők. A legnagyobb mennyiségkülönbségeket a vitorlákkal végzett összehasonlítás mutatta (2. ábra).
Az érzékeny fajták vitorláinak kolin tartalma kisebb, mint az ellenállóké.
Következtetések
Eredményeink 12 szőlőfajta különböző korú, illetve fejlettségű leveleinek analízi-se alapján bizonyítják, hogy a vizsgált endogén vegyületek koncentrációja jelen-tősen függ a növényi részek korától (Sárdi és Stefanovits-Bányai, 2006). A szabad-földi, termőterületről gyűjtött levélmintákban detektált kvaterner ammónium vegyületek mennyiségi különbségei arra utalnak, hogy ezeknek a vegyületeknek a koncentrációja alkalmas lehet a különböző stressz-tűrőképességű szőlőfajták egymáshoz viszonyított jellemzésére (Sulipice és mtsai, 2003). A tanulmányozott kvaterner ammónium vegyületek közül a kolin mennyisége hozható leginkább összefüggésbe a rothadásra való érzékenységgel: a vizsgált 6, rothadásra nem, vagy kevéssé hajlamos fajta leveleiben, nagyobb koncentrációban detektálható, mint a 6 fogékonyban.
A megfigyelt, összefüggések megerősítéséhez, illetve finomításához további, szabályozott körülmények között nevelt növények vizsgálata szükséges, ahol a mintavételi szabályok pontosabban érvényesíthetők.
Irodalom
Ashraf, M., Foolad, M.R. (2006): Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance, Environmental and Experimental Botany 59(2) pp. 206–216 Bényei F., Lőrincz A. (2005): Borszőlőfajták, csemegeszőlő-fajták és alanyok. Mezőgazda Kiadó, Bp.
Blunden G., Gordon S.M., Smith B.E., Fletcher, R.L. (1985): Quaternary Ammonium Compounds in Species of the Fucaceae (phaeophyceae) from Britain, Br. Phycol. J. 20 p.
105
Chen T.H.H., Nuccio M. (2002): Enhancement of tolerance of abiotic stress by metabolic engineering of betaines and other compatible solutes, Plant Biol. 5(3) pp. 250–257 Gersbeck N., Schönbeck F., Tyihák E. (1989): Measurement of formaldehyde and its main generators in Erysiphe graminis infected barley plants by planar chromatographic techniques, J. Planar Chromatogr. 2 pp.86-89
Huang J., Rozwadowski K., Bhinu V.S., Schäfer U., Hannoufa A. (2008): Manipulation of sinapine, choline and betaine accumulation in Arabidopsis seed: towards improving the nutritional value of the meal and enhancing the seedling performance under environmental stresses in oilseed crops, Plant Physiol Biochem. 46(7) pp. 647-54
Kraska T., Schönbeck L. (1992): Resistance induction in plants by trigonelline and possible mechanisms, Hungarian Biochemical Societypp. 163-168
Manninger K., Csősz M., Tyihák E. (1998): Induction of resistance of wheat plants to pathogens by pretreatent with N-methylated substances, Acta Biol. Hung. 49(2-4) pp.
275-280
McNeil S. D., Nuccio M. L., Ziemak M. J., Hanson A. D. (2001): Enhanced synthesis of choline and glycine betaine in transgenic tobacco plants that overexpress phosphoethanolamine N-methyltransferase,. PNAS. 98(17) pp. 10001-10005
Sárdi É., Tyihak E. (1998): Change of biotransformation steps of formaldehyde cycle in water-melon plants aft er infection with Fusarium oxysporum, Acta Biol. 49(2-4) pp. 353-362
Sárdi, É., Stefanovits Bányai, É. (2006): Relationship between peroxidase activity and the amount of fully N-methylated compounds in bean plants infected by Pseudomonas savastanoi pv. Phaseolicola, Acta Phyisiol. Plant. 28(2) pp. 523-528
Strange R.N., Majer J.R., Smith H. (1974): Th e isolation and identifi cation of choline betaine as the two major components in anthers and wheat germ that stimulate Fusarium graminearum in vitro, Physiol. Plant Pathol. 4 pp.277–290
Sulpice R., Tsukaya H., Nonaka H., Mustardy L., Chen T.H.H., Murata N. (2003):
Enhanced formation of fl owers in salt-stressed Arabidopsis aft er genetic engineering of the synthesis of glycine betaine, Th e Plant Journal 36(2) pp.165–176