Kutatás - Növénybiológiai Intézet - Növényi Foto- és Kronobiológiai Csoport

FÉNY- ÉS CIRKADIÁNÓRA-INDUKÁLT JELÁTVITELI LÁNCOK MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA ARABIDOPSISBAN

A növényeknek helyhez kötött életmódjuk következtében alkalmazkodniuk kell az állandóan változó élő és élettelen környezethez. A növények számára a legfontosabb abiotikus környezeti tényező kétségtelenül a fény, amely azon kívül, hogy a fotoszintézis energiaforrása, a növényi fejlődéssel kapcsolatos, fontos jelzésként is szolgál. A növényekben számos specializált fotoreceptor alakult ki, amelyek segítségével növekedésüket a környezet fényviszonyaiban történő változásokhoz tudják igazítani. Ezek a fotoreceptorok folyamatosan figyelik a beeső napfény hullámhosszát, erősségét, időtartamát és irányát. Ilyen fotoreceptorok az UVB-érzékelő UVR-8, a kék és UVA sugárzást elnyelő kriptokrómok, fototropinok és ZTL-szerű fotoreceptorok, valamint a vörös és távoli vörös fényre érzékeny fitokrómok.

A fitokrómok (angol rövidítéssel: phy) – kromoproteinek. A növényekben dimerek alakjában vannak jelen; mindegyik monomer egy kovalensen kötött, nyitott tetrapirrol-láncból álló kromofórt tartalmaz. A fitokrómok biológiailag inaktív (Pr, λmax 660 nm) és aktív (Pfr, λmax 730 nm) formái ciklikusan átalakulnak egymásba, és a fény mennyisége és minősége által irányított kapcsolóként vesznek részt a fotomorfogenezis irányításában. – Az UVR-8 az első ismert UVB-specifikus fotoreceptor. Inaktív formájában dimereket képez; UVB-abszorpció hatására monomerizálódik és a monomerek indítják be a jelátviteli lánco(ka)t. Mind a fitokrómok, mind az UVR-8 biológiailag aktív konformerei a sejtmagban akkumulálódnak, és számos fehérjével kölcsönhatásba lépve, e kölcsönhatásokon keresztül hullámhosszfüggő módon szabályozzák több száz gén kifejeződését.

Csoportunk kutatómunkája főként azoknak a molekuláris eseményeknek a vizsgálatára irányul, amelyek a fitokróm- és UVR8-szabályozta jelátviteli kaszkádok, (végső soron pedig a fotomorfogenezis) elindítása, finomhangolása és leállítása szempontjából alapvető fontosságúak. Ezen a tág témakörön belül különös figyelemmel foglalkozunk a következő altémákkal:
(1) a cirkadián óra fotoreceptorok közvetítette, fényfüggő beállításának (entrainment) molekuláris mechanizmusa;
(2) a fitokrómok és az UVR-8 hullámhosszfüggő nukleo-citoplazmatikus megoszlását közvetítő komponensek;
(3) hogyan modulálja a vörös/távoli vörös- és UVB-indukált jelátvitelt a fotoreceptorok és más jelátvivő komponensek foszforilációja és szumoilációja; és
(4) milyen mértékben járulnak hozzá az intercelluláris és a sejtautonóm események a fitokróm- és UVR8-regulált fotomorfogenezishez.

Válogatott közlemények

Muller K., Engesser, R., Metzger, S., Schulz, S., Kampf, M-M., Busacker, M., Steinberg, T., Tomakidi, P., Ehrbar, M., Nagy, F., Timmer, J., Zurbriggen, M-D., Weber, W. (2013) A red/far-red light-responsive bi-stable toggle switch to control gene expression in mammalian cell. Nucl. Acid Res. Vol. 41, Issue 7, Pp e77

Medzihradszky, M., Bindics, J., Ádám, E., Viczián, A., Klement, E., Lorrain, S., Gyula, P., Mérai, Z., Fankhauser, C., Medzihradszky, KF., Kunkel, T., Schäfer, E., Nagy, F. (2013) Phosphorylation of Phytochrome B Inhibits Light-Induced Signaling via Accelerated Dark Reversion in Arabidopsis. Plant Cell 2: 535-544

Terecskei, K., Tóth, R., Gyula, P., Kevei, E., Bindics, J., Coupland, G., Nagy, F., Kozma-Bognár, L.(2013) The circadian clock-associated small GTPase LIGHT INSENSITIVE PERIOD1 suppresses light-controlled endoreplication and affects tolerance to salt stress in Arabidopsis. Plant Physiol. 161:278-90.

Pfeiffer, A., Nagel, M-K., Popp, C., Wüst, F., Bindics, J., Viczián, A., Hiltbrunner, A., Nagy, F., Kunkel, T., Schäfer, E. (2012) Interaction with plant transcription factors can mediate nuclear import of phytochrome B. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109:5892-5897

Kolmos, E., Herrero, E., Bujdosó, N., Millar, A., Tóth, R., Gyula, P., Nagy, F., Davis, S. (2011) A reduced-function allele reveals that EARLY FLOWERING3 repressive action on the circadian clock is modulated by phytochrome signals in Arabidopsis. Plant Cell 23: 3230-3246

Rizzini, L., Favoury, J., Cloix, C., Faggionato, D., O’Hara, A., Kaiserli, E., Baumeister, R., Schäfer, E., Nagy, F., Jenkins, G., Ulm, R. (2011) Perception of UV-B by the Arabidopsis UVR8 protein. Science 332: 103-106.

Fehér, B., Kozma-Bognár, L., Kevei, É., Hajdu, A., Binkert, M., Davis, S., Schäfer, E., Ulm, R., Nagy, F. (2011) Functional interaction of the circadian clock and UV RESISTANCE LOCUS-8 controlled signaling pathways in Arabidopsis thaliana. Plant J. 67:37-48.

Palágyi, A., Terecskei, K., Ádám, É., Kevei, É, Kircher, S.,, Mérai, Z., Schäfer, E., Nagy, F., Kozma-Bognár, L. (2010) Functional analysis of amino-terminal domains of the photoreceptor phytochrome B. Plant Phys. 153, 1834-1845.

Edwards, K.D., Akman, O.E., Knox, K., Lumsden, P.J., Thomson, A.W., Brown, P.E., Pokhilko, A., Kozma-Bognár, L., Nagy, F., Rand, D.A., Millar, A.J. (2010) Quantitative analysis of regulatory flexibility under changing environmental conditions. Mol. Syst. Biol. 6:424.

Pfeiffer, A., Kunkel, T., Hiltbrunner, A., Neuhaus, G., Wolf, I., Speth, V., Ádám, É., Nagy, F., Schäfer, E. (2009) A cell-free system for light-dependent nuclear import of phytochrome. Plant J. 57, 680-689

Favory, J-J., Stec, A., Gruber, H., Rizzini, L., Oravecz, A., Funk, M., Albert, A., Cloix, C., Jenkins, G.I., Oakeley, E.J., Seidlitz, H.K., Nagy, F., Ulm, R. (2009) Interaction of COP1 and UVR8 regulates UV-B-induced photomorphogenesis and stress acclimation in Arabidopsis. EMBO J. 28, 591-601.

Sáfrány, J., Haasz, V., Máté, Z., Ciolfi, A., Fehér, B., Oravecz, A., Stec, A., Dallmann, G., Morelli, G., Ulm, R., Nagy, F. (2008) Identification of a novel cis-regulatory element for UV-B induced transcription in Arabidopsis. Plant J. 54, 402-414.