Μελέτη των μοριακών και βιοχημικών μηχανισμών μεταβολισμού του άνθρακα στα αζωτοδεσμευτικά φυμάτια των ψυχανθών
Authors: Κωμαΐτης Φώτιος 
Published: September 2021

Τα ψυχανθή είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της αειφόρου παραγωγής, λόγω της συμβιωτικής σχέσης που αναπτύσσουν με τα βακτήρια του εδάφους, που ονομάζονται ριζόβια, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός νέου φυτικού οργάνου που ονομάζεται φυμάτιο. Στα φυμάτια λαμβάνει χώρα η συμβιωτική αζωτοδέσμευση, η οποία αποτελεί μία εξαιρετικά απαιτητική ενεργειακά διαδικασία. Τα σάκχαρα που παράγονται στους φωτοσυνθετικούς ιστούς εισάγονται στα αγγεία του ηθμού και μεταφέρονται στους ιστούς καταβόθρες, ώστε να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες. Η μεταφορά των σακχάρων διαμέσου της κυτταροπλασματικής μεμβράνης του φυτικού κυττάρου, λαμβάνει χώρα μέσω εξειδικευμένων διαμεμβρανικών πρωτεϊνών, τους μεταφορείς σακχάρων. Στη μελέτη αυτή, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο συμβιωτικού συστήματος Medicago truncatula- Sinorhizobium meliloti, με στόχο να εντοπιστούν και να μελετηθεί ο ρόλος των γονιδίων που κωδικοποιούν για μεταφορείς μονοσακχαριτών στο ψυχανθές M. truncatula. Το M. truncatula χρησιμοποείται ευρύτατα ως φυτικό μοντέλο σε τέτοιες μελέτες, λόγω των διαθέσιμων βάσεων δεδομένων που αφορούν την αλληλουχία του γονιδιώματος, τον Άτλαντα γονιδιακής έκφρασης, καθώς και τις διαθέσιμες Tnt1 μεταλλαγμένες σειρές. Στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε μια μεγάλη in silico ανάλυση, ώστε να ταυτοποιηθούν οι μεταφορείς μονοσακχαριτών του M.truncatula [Monosaccharide Sugar Transporters (MSTs)]. Παρουσιάζονται ακόμα δεδομένα που αφορούν τη φυλογενετική τους ταξινόμηση, τη γονιδιακή τους δομή, την αμινοξική τους αλληλουχία, και την πιθανή δευτεροταγή τους δομή. Επιπλέον, για τη μελέτη του βιοχημικού και φυσιολογικού ρόλου των μεταφορέων συνδυάστηκαν αποτελέσματα στοχευμένης μεταγραφομικής και μεταβολομικής ανάλυσης. Ολικό RNA απομονώθηκε από διάφορα όργανα και από φυμάτια σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης του M. Truncatula. Η έκφραση των MST-γονιδίων αναλύθηκε με την τεχνολογία RT-qPCR. Ομοίως και το μεταβολομικό τους περιεχόμενο υπό συνθήκες κανονικής φωτοπεριόδου και υπό συνεχές σκότος 24 h και 72 h, γεγονός το οποίο δημιουργεί συνθήκες έλλειψης άνθρακα. Από τα αποτελέσματα φάνηκε ότι η οργανο-ειδική ρύθμιση κυριάρχησε της ρύθμισης από τις συνθήκες παρατεταμένου σκοταδιού. Παρ' όλ' αυτά βρέθηκαν αρκετά MST-γονίδια, όπως τα: MtSTP1_1, MtSTP3_2, MtSTP7_1, MtSTP7_4, MtSTP10_1, MtSTP10_2, MtSTP13_1, MtESL6_3, MtESL7, MtINT4_1, MtPMT5_1 και MtTMT3_1 στα οποία η έκφρασή τους φαίνεται να επηρεάζεται από τις συνθήκες παρατεταμένου σκοταδιού. Μελετήθηκε επίσης η χωροταξική έκφραση, ο υποκυτταρικός εντοπισμός, η δραστηριότητα της νιτρογενάσης και το λειτουργικό προφίλ δύο ισχυρά επαγόμενων ή εξειδικευμένων στα φυμάτια MST-γονιδίων, των MtSTP13 και MtPMT3_1. Πραγματοποιήθηκε επίσης εκτίμηση των φαινοτυπικών τους χαρακτηριστικών με τη χρήση Tnt1 μεταλλαγμένων σειρών φυτών, καθώς και του μεταβολομικού τους περιεχομένου, ώστε να μελετηθεί ο φυσιολογικός και ο βιολογικός ρόλος των συγκεκριμένων μεταφορέων. Πολλές αλλαγές εντοπίστηκαν μεταξύ των φυτών αγρίου τύπου και αυτών των μεταλλαγμένων σειρών τόσο σε μεταγραφομικό όσο και σε μεταβολομικό επίπεδο, όπως επίσης και στη δραστικότητα της νιτρογενάσης.