Μηχανισμοί ανθεκτικότητας των ποικιλιών σκληρού σίτου Rusticano και Grazia σε συνθήκες αλατότητας και ψύχους
Authors: Φραγκογεώργη Γαρυφαλλιά 
Published: August 2021

Οι περιβαλλοντικές καταπονήσεις προκαλούν δυσμενείς συνθήκες για τηνανάπτυξη των οργανισμών και διακρίνονται σε βιοτικές και αβιοτικές. Οι βιοτικέςκαταπονήσεις προκαλούνται από παθογόνα, παράσιτα, αρπακτικά, ενώ οι αβιοτικέςπροέρχονται από ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες. Η αλατότητα και οι χαμηλέςθερμοκρασίες θεωρούνται από τους σημαντικότερους αβιοτικούς παράγοντεςκαταπόνησης των σιτηρών διότι παρεμποδίζουν την ανάπτυξη των φυτών καιπροκαλούν σοβαρές απώλειες στην γεωργική παραγωγή.Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η ανάπτυξη των ποικιλιών σκληρούσίτου (Triticum turgidum var. durum), Rusticano και Grazia, που έχουν εμπορικήσημασία για τη χώρα μας, σε συνθήκες αλατότητας (100, 200 mM ΝaCl) για 5 ημέρεςκαι ψύχους (4oC) για 11 ημέρες. Στη συνέχεια, με τη χρήση υπερυψηλής απόδοσηςυγρή χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας (UHPLC-MS) μελετήθηκε τομεταβολομικό πρότυπο του υπέργειου τμήματος των ποικιλιών μετά από 48 ώρεςκαταπόνησης των φυταρίων τους σε συνθήκες υψηλής αλατότητας (200 mM ΝaCl)και ψύχους (4oC). Βασιζόμενοι στα αποτελέσματα της μεταβολομικής ανάλυσης καιμετά από αναζήτηση σε γνωστές βάσεις δεδομένων, εντοπίστηκαν τα γονίδια πουπιθανά κωδικοποιούν για ένζυμα τα οποία εμπλέκονται στο μονοπάτι βιοσύνθεσηςτης προλίνης, και απομονώθηκαν οι cDNA κλώνοι των γονιδίων δ-OAT, P5CS1,P5CS2 and P5CR που κωδικοποιούν για τα ένζυμα αυτά στο σκληρό σιτάρι.Ακολούθως, μελετήθηκε η συσσώρευση των μεταγραφημάτων των γονιδίων σεσυνθήκες αλατότητας (100 και 200 mM ΝaCl) και ψύχους (4oC) με τη χρήση τηςαλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης πραγματικού χρόνου (Real-Time PCR) καθώςκαι η συγκέντρωση της προλίνης στο ριζικό σύστημα και το υπέργειο τμήμα τωνποικιλιών Rusticano και Grazia, μετά από 12, 24, 48 και 72 ώρες καταπόνησης.Από τις μετρήσεις των μορφολογικών παραμέτρων των φυταρίων σκληρούσίτου και των 2 ποικιλιών προέκυψε ότι η ποικιλία Rusticano είναι πιο ανθεκτική απότην ποικιλία Grazia και στους 2 παράγοντες αβιοτικής καταπόνησης. Η μεταβολομικήανάλυση του υπέργειου τμήματος των ανωτέρω ποικιλιών, μετά από εφαρμογήαλατότητας και ψύχους, οδήγησε στην ταυτοποίηση είκοσι εννέα πρωτογενών(αμινοξέα, οργανικά οξέα, λιπίδια) και δευτερογενών μεταβολιτών (κυρίως αζωτούχεςκαι φαινολικές ενώσεις). Σε σύγκριση με την ποικιλία Grazia, η ποικιλία Rusticanoπαρουσίασε ταχεία ενεργοποίηση του μεταβολισμού της στις συνθήκεςκαταπόνησης, διαφοροποίηση μεγαλύτερου αριθμού μεταβολιτών, καθώς καιυψηλότερα επίπεδα συσσώρευσης μεταβολιτών (αμινοξέων, λιπιδίων, δευτερογενώνμεταβολιτών) στο υπέργειο τμήμα της. Εξαίρεση αποτελεί, σε συνθήκες αλατότητας, η μεγαλύτερη συγκέντρωση της προλίνης στο υπέργειο τμήμα της ποικιλίας Grazia ηοποία, λόγω μεγαλύτερης ευαισθησίας της σε αυτό τον παράγοντα καταπόνησης,συσσωρεύει το συγκεκριμένο μεταβολίτη προκειμένου να επέλθει οσμωρύθμιση καινα συνεχιστούν οι μεταβολικές της διεργασίες. Aπό τη μεταγραφική μελέτη τουμονοπατιού βιοσύνθεσης της προλίνης διαπιστώθηκε ότι σε συνθήκες αλατότητας ηανθεκτικότητα της ποικιλίας Rusticano έναντι της Grazia είναι εμφανής λόγω τηςμεγαλύτερης συσσώρευσης μεταγραφημάτων των γονιδίων που εμπλέκονται στηβιοσύνθεσής της καθώς και από τα υψηλότερα επίπεδα προλίνης στο ριζικό σύστημακαι το υπέργειο τμήμα, μετά από 72 ώρες καταπόνησης. Σε συνθήκες ψύχους, ηανθεκτικότητα της ποικιλίας Rusticano έναντι της Grazia σχετίζεται με την έγκαιρη(μόλις 6 ώρες μετά την έκθεση των φυταρίων στους 4οC) συσσώρευση τωνμεταγραφημάτων των γονιδίων και τη μεγαλύτερη συσσώρευση της προλίνης στουςιστούς. Τα γονίδια TdP5CS1, TdP5CS2 και Tdδ-OAT είναι πιθανό να δρουνσυνεργιστικά στη βιοσύνθεση της προλίνης από το γλουταμινικό οξύ και την ορνιθίνηαντίστοιχα, με το γονίδιο TdP5CS1 να έχει κυρίαρχο ρόλο στη συσσώρευση τουμεταβολίτη και στις 2 συνθήκες καταπόνησης, ενώ από τα αποτελέσματα τηςμεταβολομικής ανάλυσης σε συνθήκες αλατότητας προκύπτει ότι η ορνιθίνη έχειενεργό ρόλο και στα μεταβολικά μονοπάτια της αργινίνης και των πολυαμινών.Συμπερασματικά, τα φυτάρια της ποικιλίας Rusticano παρουσιάζουν καλύτερηπροσαρμογή από τα αντίστοιχα της Grazia τόσο στην αλατότητα, όσο και το ψύχος.