Μοριακός χαρακτηρισμός γενετικού υλικού καρυδιάς και παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα των καρπών της
Authors: Χριστόπουλος Μιλτιάδης 
Published: August 2021

Ο αντικειμενικός σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν ο μοριακός χαρακτηρισμός του ελληνικού γενετικού δυναμικού της καρυδιάς (Juglans regia L.) και η μελέτη παραγόντων που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά των καρπών της που εκτιμώνται ιδιαίτερα σε διεθνές επίπεδο για τη θρεπτική τους αξία. Η Ελλάδα είναι από τις πρώτες γεωγραφικές περιοχές της Ευρώπης όπου καλλιεργήθηκε η καρυδιά. Ωστόσο, δεν υπάρχουν στοιχεία για τη γενετική παραλλακτικότητα και τις γενετικές σχέσεις μεταξύ των διεθνώς καλλιεργούμενων ποικιλιών και των ελληνικών τοπικών πληθυσμών καρυδιάς, οι οποίες εξετάσθηκαν στην παρούσα μελέτη με τη χρήση ISSR (Inter Simple Sequence Repeat -Ενδο-μικροδορυφορικές επαναλήψεις) δεικτών. Από τα αποτελέσματα προέκυψε η ύπαρξη υψηλής γενετικής παραλλακτικότητας μεταξύ των 56 εξεταζόμενων γονοτύπων, με τις περισσότερες διεθνείςποικιλίες να αποτελούν μια διακριτή ομάδα, σε αντίθεση με τις ελληνικές επιλογές οι οποίες δεν μπορούν να θεωρηθούν σαν ένα ομοιογενές σύνολο. Στην ομάδα των διεθνών ποικιλιών διακρίθηκαν δύο υποομάδες, όπου στη μια συμμετέχουν κυρίως ποικιλίες που έχουν την ‘Payne’ στη γενεαλογία τους, ενώ στη δεύτερη συμμετέχουν ποικιλίες που έχουν την ‘Franquette’ στη γενεαλογία τους ή είναι γαλλικές επιλογές. Η υψηλή παραλλακτικότητα του ελληνικού γενετικού υλικού που αποκαλύφθηκε, κατανεμήθηκε κυρίως εντός των γεωγραφικών περιοχών καλλιέργειάς τους παρά μεταξύ αυτών, γεγονός που καθιστά επιτακτική την ανάγκη προστασίας και διατήρησης του υλικού αυτού. Τα αποξηραμένα σπέρματα του καρπού της καρυδιάς αποτελούν το κύριο προϊόν της καλλιέργειάς της, τα οποία θεωρούνται μοναδικά μεταξύ των ξηρών καρπών και των φυτικών τροφών γενικότερα, καθώς έχουν πολύ ισχυρή ολική αντιοξειδωτική ικανότητα (TAC) και εξαιρετική σύσταση καρυδέλαιου σε λιπαρά οξέα (FA). Η μελέτη αποξηραμένων σπερμάτων τεσσάρων ποικιλιών (Chandler, Franquette, Hartley, Ιόλη) έδειξε για όλες τις ποικιλίες πολύ υψηλά επίπεδα ολικών φαινολικών (ΤΡ), TAC (εκτιμώμενη με τις μεθόδους FRAP και DPPH) και το κλάσμα πολύ-ακόρεστων λιπαρών οξέων (PUFA). Προσδιορίστηκαν τα λιπαρά οξέα μυριστικό, παλμιτικό, παλμιτελαϊκό, στεαρικό, ελαϊκό (OL), βαχενικό, λινελαϊκό (LL), λινολενικό (LN), αραχιδικό και γονδοϊκό. Kατά τη συντήρηση έως και 12 mo, παρατηρήθηκαν προοδευτικό καφέτιασμα (μείωση h° και L*), αύξηση των ελεύθερων λιπαρών οξέων (FFA) και του βαθμού υπεροξειδίων (PV), μεγάλες απώλειες TP και TAC, και σχετικά μικρές απώλειες των κλασμάτων των μόνο-ακόρεστων λιπαρών οξέων (MUFA), PUFA, καθώς και των OL, LL (ω-6) και LN (ω-3). Η μεγαλύτερη υποβάθμιση της ποιότητας και της θρεπτικής αξίας παρατηρήθηκε σε θερμοκρασία συντήρησης 20° C ή/και σεσυσκευασία αέρα, ενώ η χαμηλή θερμοκρασία συντήρησης (1ο C) ή/και η συσκευασία σε Ν₂ ή CO₂ περιόρισαν το καφέτιασμα, τις αυξήσεις των FFA και PV, καθώς και τις απώλειες των ΤΡ, ΤΑC, MUFA, PUFA, OL, LL και LN. Οι θετικές επιδράσεις της χαμηλής θερμοκρασίας και του μειωμένου Ο₂ στην ατμόσφαιρα συντήρησης ήταν προσθετική. Παρατηρήθηκε στενή σχέση μεταξύ TP και TAC, αλλά και μεταξύ ΤΡ και καφετιάσματος των σπερμάτων. Παράλληλα, βρέθηκε αρνητική συσχέτιση ανάμεσα στο τάγγισμα (FFA, PV) και τα ακόρεστα λιπαρά οξέα (UFA), PUFA και LL και επιπρόσθετα παρατηρήθηκε ότι υπάρχει μια προστατευτική δράση των ενδογενών αντιοξειδωτικών επί της οξείδωσης των UFA του καρυδέλαιου. Οι μη αποξηραμένοι καρποί καρυδιάς (νωπά ή φρέσκα καρύδια) αποτελούν ένα λιγότερο διαδεδομένο προϊόν της καλλιέργειας αυτού του φυτικού είδους, για το οποίο δεν υπάρχουν στοιχεία που αφορούν την ποιότητα και τη συντήρησή του. Από τη μελέτη της συντήρησης, νωπών σπερμάτων από τις τέσσερεις ποικιλίες που μελετήθηκαν ωςαποξηραμένες, προέκυψε η δυνατότητα συντήρησης και των τεσσάρων ποικιλιών τουλάχιστο μέχρι 40 d στον 1° C. Κατά τη συντήρηση, παρατηρήθηκε απώλεια βάρους και μείωση του ρυθμού αναπνοής, προοδευτικό καφέτιασμα, χωρίς άλλη αλλοίωση, αλλά σημαντική αύξηση των επιπέδων TP και TAC, ενώ η έκλυση αιθυλενίου ήταν μη ανιχνεύσιμη. Η συντήρηση των σπερμάτων με-κέλυφος περιόρισε ελαφρά το κεφέτιασμα, χωρίς όμως να έχει επίδραση επί των TP και της TAC, ενώ αλλαγές στη σκληρότητα του κελύφους δεν παρατηρήθηκαν. Σε καρύδια που αποξηράνθηκαν μετά την έκθεσή τους ως νωπά στον 1° C έως και 20 d, η βελτίωση της θρεπτικής αξίας των σπερμάτων μέσω της αύξησης των TP παρέμεινε ακόμα και μετά την αποξήρανση. Η έκθεση νωπών σπερμάτων ‘Franquette’ χωρίς κέλυφος στον 1° C συνετέλεσε σε αυξήσεις συγκεντρώσεων των φαινολικών οξέων 4-υδροξυβενζοϊκό (ΗΒ), 2,4-διϋδροξυβενζοϊκό (DHB), βανιλλικό (VA), συρινγικό (SY), πρωτοκατεχικό (PC) και ελλαγικό (EL) παράλληλα με τις αυξήσεις των TP και TAC. Αντίθετα, οι παραπάνω αυξήσεις δεν παρατηρήθηκαν κατά την έκθεση των σπερμάτων στους 8° C, εκτός από μικρές αυξήσεις των HB και SY. Ο αιθυλεστέρας του πρωτοκατεχικού (PCE) παρουσίασε μείωση σε όλες τις συνθήκες. Όλα τα φαινολικά ταυτοποιήθηκαν με τη χρήση φασματογράφου μαζών (HPLCMS) και τα DHB και PCE προσδιορίστηκαν για πρώτη φορά στην καρυδιά. Οι αυξήσεις των φαινολικών στον 1° C πιθανόν να προήλθαν από την ενεργοποίηση του μεταβολισμού των φαινυλπροπανοειδών (PhP), καθώς παρατηρήθηκαν αυξημένες ενεργότητες (ειδική και ολική) του ενζύμου φαινυλαλανίνη αμμωνία-λυάση (PAL). Με τη χρήση παρεμποδιστών της δράσης της PAL, καθώς και της σύνθεσης mRNA, RNA και πρωτεϊνών βρέθηκε ότι η αύξηση της ενεργότητας (ειδικής και ολικής) των ενζύμων πολυφαινολοξειδάση (PPO) και υπεροξειδάση (POD), καθώς και της PAL προήλθε τόσο από την ενεργοποίησή τους όσο και πιθανόν από τη de novo σύνθεσή τους. Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων έδειξε ότι είναι πιθανόν η συσσώρευση των φαινολικών οξέων HB, DHB, VA και SY να γίνεται μέσω του PhP, του PC εκτός του PhP, ενώ στη συσσώρευση του EL είναι πιθανόν να συνεισφέρει μερικώς το PhP. Τέλος, εξετάστηκε η ποιότητα και η σύσταση των νωπών σπερμάτων της ‘Franquette’ 43 d και 84 d μετά την εφαρμογή δακτυλίωσης κατά το στάδιο έναρξης της ανάπτυξης του σπέρματος σε τετραετείς κλάδους. Κατά την ωρίμανση καρπών με ή χωρίς δακτυλίωση παρατηρήθηκε αύξηση των PUFA και του LL στο καρυδέλαιο παράλληλα με την αύξησητου βάρους και της ελαιοπεριεκτικότητας του σπέρματος. Αντίθετα, βρέθηκε πτωτική τάση των επιπέδων των ΤΡ, της ΤAC, των κορεσμένων λιπαρών οξέων (SFA) και του παλμιτικού οξέως (ΡΑ). Τόσο στα σπέρματα όσο και στα φύλλα η σακχαρόζη, φρουκτόζη και γλυκόζη είχαν πτωτική τάση στην πορεία του χρόνου, όπως επίσης παρόμοια πτωτική τάση είχε και ο ρυθμός αφομοίωσης CO₂ των φύλλων. Η δακτυλίωση οδήγησε σε πρωίμιση των καρπών και μεγαλύτερη ομοιομορφία του φορτίου, αυξημένο βάρος σπέρματος και ελαιοπεριεκτικότητα των ώριμων καρπών, ενώ δεν επηρέασε άλλα χαρακτηριστικά της ποιότητας του σπέρματος, τόσο με βάση την αντίληψη του καταναλωτή (χρώμα, FFA, PV), όσο και από την άποψη της θρεπτικής αξίας (TP, TAC, σύσταση καρυδέλαιου σε λιπαρά οξέα).