Characterization of the acclimation mechanism of olive (Olea europaea L.) tree to abiotic stress
Authors: Σκόδρα Χριστίνα 
Published: November 2024

Η παρούσα διατριβή εξετάζει τους φυσιολογικούς και μοριακούς μηχανισμούς των ελαιόδεντρων (Olea europaea L.) σε συνθήκες αβιοτικής καταπόνησης, εστιάζοντας στην αλατότητα και τις χαμηλές θερμοκρασίες, παράγοντες που επιδρούν σημαντικά στην ανάπτυξη και την παραγωγικότητα τους. Αρχικά, η παρούσα διατριβή εξερευνά τους μοριακούς μηχανισμούς που διέπουν τον εγκλιματισμό στην αλατότητα στα ελαιόδεντρα, αποκαλύπτοντας ότι αποκαλύπτοντας ότι η προγενέστερη έκθεσή τους σε συνθήκες μέτριας αλατότητας ενισχύει την ανθεκτικότητα σε επακόλουθες καταπονήσεις υψηλής αλατότητας. Συγκεκριμένα, τα ελαιόδεντρα (ποικιλία ‘Χονδροελιά Χαλκιδικής’) εκτέθηκαν σε συνθήκες μέτριας αλατότητας (75 mM NaCl) και στη συνέχεια μεταφέρθηκαν σε υψηλότερες συγκεντρώσεις (150 mM). Μέσω μιας ολοκληρωμένης πρωτεογονιδιωματικής ανάλυσης, η οποία ενσωματώνει μεταγραφικά και πρωτεομικά δεδομένα με μεταβολικά προφίλ, αποκαλύφθηκαν διακριτές μοριακές διαφοροποιήσεις εξαιτίας της έκθεσης στην αλατότητα, τόσο στις ρίζες όσο και στα φύλλα των δενδρυλλίων ελιάς. Ιδιαίτερα, τα ευρήματα ανέδειξαν σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ των εγκλιματισμένων και μη εγκλιματισμένων δενδρυλλίων, σε γονίδια και πρωτεΐνες που συμμετέχουν στη μεταγωγή σήματος μέσω ορμονών και σε μηχανισμούς άμυνας, υποδεικνύοντας ότι αυτές οι προσαρμογές διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην αντιμετώπιση της καταπόνησης. Η παρούσα μελέτη προσδιόρισε επίσης αρκετά γονίδια και πρωτεΐνες που παρουσίασαν σημαντικές αλλαγές στην έκφραση ή/και την αφθονία τους λόγω της άρδευσης με NaCl, τονίζοντας τη σημασία των μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων των πρωτεϊνών—όπως οι φωσφορυλιώσεις, οι καρβονυλιώσεις και οι S-νιτροσυλιώσεις—στο πλαίσιο του εγκλιματισμού. Αυτή η μελέτη θα μπορούσε τελικά να προσφέρει μια σαφή κατανόηση των μοριακών αλληλεπιδράσεων που εμπλέκονται στον εγκλιματισμό και την ανταπόκριση των ελαιόδεντρων στην αλατότητα, εδραιώνοντας μια πολύτιμη πηγή πληροφοριών για μελλοντικές πρωτεογενωμικές μελέτες στη φυσιολογία της ελιάς σε αβιοτικές καταπονήσεις. Το δεύτερο κεφάλαιο της διατριβής, εστιάζει στην ανταπόκριση των ελαιόδεντρων σε χαμηλές θερμοκρασίες. Οι χαμηλές περιβαλλοντικές θερμοκρασίες επηρεάζουν σημαντικά την ανάπτυξη των ελαιόδεντρων κατά τους χειμερινούς μήνες, ωστόσο οι ακριβείς μηχανισμοί μέσω των οποίων αυτά τα φυτά επιτυγχάνουν αντοχή ειδικά κατά τη διάρκεια του εγκλιματισμού σε χαμηλές θερμοκρασίες παραμένουν ασαφείς. Στην παρούσα μελέτη δενδρύλλια ελιάς (ποικιλία ‘Χονδροελιά Χαλκιδικής’) ενός έτους εκτέθηκαν σταδιακά σε μειούμενες θερμοκρασίες, από 15 έως -3°C, σε ελεγχόμενο θάλαμο ανάπτυξης. Μια ομάδα δενδρυλλίων (μάρτυρας) παρέμεινε σε βέλτιστες θερμοκρασίες (24°C) και συνεχή φωτισμό καθ’ όλη την πειραματική διαδικασία. Η ανταπόκριση των δενδρυλλίων που εκτέθηκαν σε χαμηλές θερμοκρασίες προσδιορίστηκε μέσω φυσιολογικών παραμέτρων. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις μεταγραφώματος, πρωτεώματος και μεταβολώματος στα φύλλα που εκτέθηκαν σε θερμοκρασίες 5, 0 και -3°C. Μέσω βιοπληροφορικής ανάλυσης (WGCNA) των πρωτεογενωμικών δεδομένων, προσδιορίστηκαν ειδικά μοριακά μονοπάτια που ενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια του εγκλιματισμού στο ψύχος, συμβάλλοντας στην ενίσχυση της αντοχής των δενδρυλλίων ελιάς σε χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, η ανάλυση της μεθυλίωσης του γονιδιωματικού DNA (WGBS) στα φύλλα ελιάς υπέδειξε επιγενετικές αλλαγές που σχετίζονται με την έκθεση σε χαμηλές θερμοκρασίες και ρυθμίζουν το μεταγραφικό προφίλ των ελαιόδεντρων. Στη συνέχεια, η ενσωμάτωση των -ομικών δεδομένων με τα επίπεδα ορμονών (IAA, ABA, SA) που προσδιορίστηκαν στα φύλλα της ελιάς κατά την έκθεση σε χαμηλές θερμοκρασίες, αποκάλυψε σημαντικούς παράγοντες που αλληλεπιδρούν κατά την επαγωγή σήματος σε συνθήκες χαμηλών θερμοκρασιών. Συγκεκριμένα, πρωταγωνιστικό ρόλο στις αλληλεπιδράσεις αυτές κατά τη διάρκεια της προσαρμογής στο ψύχος, διαδραματίζουν οι μεταγραφικοί παράγοντες (TFs), ιδίως δύο παράγοντες που σχετίζονται με το αιθυλένιο (ERFs), οι ERF1-L και ERF5-L. Λειτουργικές αναλύσεις αποκάλυψαν ότι αυτοί οι μεταγραφικοί παράγοντες ενισχύουν τη βιωσιμότητα των προτοπλαστών τομάτας (S. lycopersicum) σε συνθήκες ψύχους. Επιπλέον, αποκαλύφθηκε ότι οι ERF1-L και ERF5-L ρυθμίζουν την μεταγραφή ενός μεταγραφικού παράγοντα που σχετίζεται με την ανταπόκριση σε κυτοκινίνες (CRF1-L). Η παρούσα έρευνα στοχεύει στην εις βάθος περιγραφή των μοριακών μηχανισμών που επιτρέπουν στα ελαιόδεντρα να προσαρμοστούν σε χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά και στην ανάδειξη σημαντικών βιοδεικτών για τη βελτίωση της ανθεκτικότητας της ελιάς σε χαμηλές θερμοκρασίες μέσω γενετικής επεξεργασίας και βιοτεχνολογικών μεθόδων. Συνοψίζοντας, στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη εικόνα των στρατηγικών προσαρμογής που χρησιμοποιούν τα ελαιόδεντρα για να ανταπεξέλθουν τόσο στην αλατότητα όσο και στις χαμηλές θερμοκρασίες. Μέσω της μελέτης των πολύπλοκων μοριακών μηχανισμών που ενεργοποιούνται σε κάθε αβιοτική καταπόνηση, τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβή στοχεύουν στην ενίσχυση της κατανόησής της φυσιολογίας των ελαιόδεντρων σε αντίξοες συνθήκες, ενώ παράλληλα επιδιώκει να προσδιορίσει δυνητικούς βιοδείκτες που θα λειτουργήσουν ως γενετικοί στόχοι για την ενίσχυση της ανθεκτικότητας της ελιάς απέναντι σε περιβαλλοντικές προκλήσεις. Τα ευρήματα της διατριβής συμβάλλουν σημαντικά στο πεδίο έρευνας της φυσιολογίας φυτών σε αβιοτικές καταπονήσεις, ανοίγοντας τον δρόμο για μελλοντικές πρακτικές εφαρμογές στη δημιουργία ανθεκτικών ποικιλιών ελιάς.