Ρύπανση και γενετική προσαρμογή στα δασικά φυτά
Authors: Κατσίδη Ελισσάβετ 
Published: August 2021

Τα δασικά είδη κατά την εξέλιξη τους έχουν βιώσει αρκετές και ποικίλες περιβαλλοντικές αλλαγές. Η αέρια ρύπανση έχει αποδειχτεί ότι μπορεί να αποτελέσει επιλεκτική πίεση για τους φυσικούς πληθυσμούς δασικών ειδών. Η μαύρη πεύκη (Pinus nigra Arn.) αποτελεί ένα από τα θεμελιώδη είδη των ευαίσθητων μεσογειακών οικοσυστημάτων και χρησιμοποιείται ως βιοδείκτης στην ατμοσφαιρική ρύπανση. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η επίδραση της ρύπανσης σε ποσοστικά γνωρίσματα, στη γενετική και στην επιγενετική συγκρότηση φυσικών πληθυσμών της Pinus nigra Arn. και η διερεύνηση των σχέσεων ρύπανσης και ανταπόκρισης γενοτύπων. Χρησιμοποιήθηκε το προγνωστικό μετεωρολογικό μοντέλο ατμοσφαιρικής διασποράς TAPM στο πολύπλοκο ανάγλυφο του λεκανοπεδίου Κοζάνης – Πτολεμαΐδας, επισημάνθηκαν οι περιοχές της φυσικής εξάπλωσης της Pinus nigra με διαφορική επιβάρυνση από την αέρια ρύπανση και επιλέχθηκαν οι συστάδες μέγιστης και ελάχιστης επιβάρυνσης (control), Μπουρίκα και Αγία Κυριακή αντίστοιχα. Πραγματοποιήθηκε συγκριτική εδαφολογική ανάλυση των δύο περιοχών και μετρήθηκαν το pH, οι συγκεντρώσεις CaCO3, η περιεχόμενη οργανική ουσία, τα ανταλλάξιμα κατιόντα Ca, Mg, K, Na, οι συγκεντρώσεις των εκχυλίσιμων μετάλλων Cu, Mn, Zn, Feκαι οι συγκεντρώσεις των υδατοδιαλυτών Ca, Mg, K, Na, Mn. Η συγκριτική εδαφολογική ανάλυση κατέδειξε ότι οι παρατηρηθείσες διαφορικές συγκεντρώσεις αέριων ρύπων στις υπό μελέτη συστάδες, δεν φαίνεται να επηρεάζουν τις συγκεντρώσεις των βασικών συστατικών των εδαφών. Βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές στις συγκεντρώσεις των στοιχείων, οι οποίες ωστόσο φαίνεται να είναι αποτέλεσμα του γεωλογικού υποβάθρου της κάθε περιοχής. Διερευνήθηκε η διαφοροποίηση των πληθυσμών μέσω της ανάλυσης μορφολογικών χαρακτηριστικών κώνων. Έγινε συγκριτική ανάλυση του ποσοστού πλήρων σπερμάτων, του βάρους 1000 σπερμάτων και του αριθμού των βρακτίων (ως δείκτες αναπαραγωγικής ικανότητας), μεταξύ της συστάδας μέγιστης και ελάχιστης επιβάρυνσης. Η σύγκριση των μορφολογικών παραμέτρων έδειξε ότι οι συγκεντρώσεις των αέριων ρύπων στο νομό της Κοζάνης, φαίνεται να μην επηρεάζουν αρνητικά την αναπαραγωγική ικανότητα και την βιωσιμότητα του επιβαρυμένου πληθυσμού. Διερευνήθηκε επίσης ο ρόλος της επίδρασης της γενετικής και επιγενετικής ποικιλότητας στην προσαρμογή των φυτών. Χρησιμοποιήθηκαν 4 συνδυασμοί f-AFLP εκκινητών και προέκυψαν 283 γονιδιακές θέσεις. Ο μέσος αριθμός πολυμορφικών γονιδιακών θέσεων ήταν 210. Παρατηρήθηκε μικρή μείωση του ποσοστού πολυμορφισμού και της ετεροζυγωτίας της συστάδας μέγιστης επιβάρυνσης (Μπουρίκα), η οποία μπορεί να θεωρηθεί αντίδραση στην επιλεκτική πίεση που ασκείται λόγω των αέριων ρύπων της περιοχής. Για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε επιγενετική μοριακή ανάλυση στο είδος της μαύρης πεύκης. Η ανάλυση στις βελόνες των δύο συστάδων παρήγαγε 606 σταθερές και επαναλήψιμες επιγενετικές θέσεις (epiloci) και ο μέσος αριθμός πολυμορφικών επιγενετικών θέσεων ήταν 380. Ο συντελεστής διαφοροποίησης έδειξε ότι σε όλες τις κατηγορίες μεθυλίωσης υπάρχουν στατιστικά σημαντικά διαφορές στα ποσοστά μεθυλίωσης της συστάδας Αγία Κυριακή με τη συστάδα της Μπουρίκας, όσον αφορά τον ιστό των βελονών. Η σύγκριση γενετικής και επιγενετικής ποικιλότητας στην συστάδα μέγιστης επιβάρυνσης (Μπουρίκα) και ελάχιστης επιβάρυνσης (Αγ. Κυριακή) για τον ιστό των βελονών έδειξε ότι το ποσοστό των πολυμορφικών γονιδιακών θέσεων στην συστάδα μέγιστης επιβάρυνσης ήταν ο 73,5% ενώ στην συστάδα ελάχιστης επιβάρυνσης 74,91%. Τα ποσοστά των πολυμορφικών επιγενετικών γονιδιακών θέσεων ήταν 77,1% και 68,15% για τις συστάδες μέγιστης και ελάχιστης επιβάρυνσης αντίστοιχα. Η ανάλυση MSAP για τα έμβρυα των δύο συστάδων παρήγαγε 478 σταθερές και επαναλήψιμες επιγενετικές θέσεις (epiloci) και ο μέσος αριθμός πολυμορφικών επιγενετικών θέσεων ήταν 318. Τα έμβρυα της συστάδας μέγιστης επιβάρυνσης εμφανίζονται με υψηλότερη μεθυλίωση στην εσωτερική κυτοσίνη σε σχέση με τα έμβρυα της συστάδας ελάχιστης επιβάρυνσης. Η μεγαλύτερη μεθυλίωση στα πρωταρχικά στάδια των φυτών ίσως δηλώνει την αναγκαιότητα των εμβρύων να προσαρμοστούν στην επιβάρυνση προσθέτοντας περισσότερες μεθυλιωμένες θέσεις, οι οποίες ενδεχομένως να οδηγήσουν σε σίγαση ή υπερέκφραση γονιδίων με σκοπό την αυξημένη προσαρμοστικότητα των φυτών στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Συγκεντρωτικά, η μεθυλίωση στην επιβαρυμένη συστάδα ήταν υψηλότερη τόσο στις βελόνες όσο και στα έμβρυα. Επίσης μελετήθηκε η μεθυλίωση σε διαφορετικούς τύπους ιστών κάτι που γίνεται για πρώτη φορά στη μαύρη πεύκη. Το μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής μεθυλίωσης παρατηρήθηκε στα έμβρυα συγκριτικά με το αντίστοιχο ποσοστό στις βελόνες και θα ενδεχομένως αποτελεί μέσο προσαρμογής της επόμενης γενιάς στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.