Μελέτη της γενετικής παραλλακτικότητας με φαινοτυπική και μοριακή αξιολόγηση μεταξύ και εντός παραδοσιακών πληθυσμών φασολιού (phaseolus coccineus) για χαρακτηριστικά παραγωγικής συμπεριφοράς και ποιότητας εδώδιμου προϊόντος
Authors: Χατζηθεοδώρου Βασίλειος 
Published: August 2021

Σκοπός της εργασίας ήταν η γενετική μελέτη παραδοσιακών πληθυσμών του είδους Phaseolus coccineus, και η εκτίμηση της αποτελεσματικότητας επιλογής δύο μεθοδολογιών βελτίωσης, για τη δημιουργία ποικιλιών φασολιού κατάλληλων στην οργανική γεωργία. Ο σκοπός της εργασίας παρουσιάζεται σε συγκεκριμένες ενότητες και αναλύεται: (I) στην μελέτη της γενετικής ταυτότητας και το χαρακτηρισμό της παραλλακτικότητας τριών παραδοσιακών πληθυσμών με βάση φαινοτυπικούς και μοριακούς δείκτες, (II) στην επιλογή για βελτίωση της παραγωγικής συμπεριφοράς των εξεταζόμενων γενοτύπων με δύο μεθοδολογικές προσεγγίσεις, (III) στη διερεύνηση της αναπαραγωγικής συμπεριφοράς του είδους μέσω ελεγχόμενων αυτογονιμοποιήσεων και (IV) στην αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των δύο μεθοδολογιών στο περιβάλλον δημιουργίας του γενετικού υλικού και στον έλεγχο του γενετικού δυναμικού σε περιβάλλον καταπόνησης. Το γενετικό υλικό αποτέλεσαν τρεις παραδοσιακοί C0 πληθυσμοί (Δίστρατου Γρεβενών, Αγ. Γερμανού Πρεσπών και Ζαγοράς) που ανήκουν στο είδος P. coccineus. Η μελέτη των φυλογενετικών σχέσεων μεταξύ των εξεταζόμενων γενοτύπων έγινε μέσω γενετικών αναλύσεων με χρήση εκκινητών τύπου RAPD’s και ταυτόχρονης καταγραφής των μορφολογικών χαρακτηριστικών κατά UPOV. Η βελτίωση των πληθυσμών φασολιού έγινε με την εφαρμογή αμφίπλευρης επιλογής με δύο μεθοδολογίες (μαζική και τροποποιημένη γενεαλογική επιλογή) κάτω από συνθήκες οργανικής καλλιέργειας στον αγρό του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας κατά την τριετία 2004-2006. Μετά από τρεις γενιές αμφίπλευρης επιλογής, προέκυψαν με τη μαζική οι υψηλοαποδοτικοί πληθυσμοί C1 M-HY, C2 M-HY, C3 M-HY και οι χαμηλοαποδοτικοί πληθυσμοί C2 M-LY και C3 M-LY αντίστοιχα, ενώ με τη μεθοδολογία τροποποιημένης γενεαλογικής επιλογής, προέκυψαν 3 υψηλοαποδοτικές οικογένειες ανά κύκλο (C1 Pedigree-HY, C2 Pedigree-HY και C3 Pedigree-HY) και ανά ποικιλία και 3 χαμηλοαποδοτικές οικογένειες ανά κύκλο (C1 Pedigree-LY, C2 Pedigree-LY και C3 Pedigree-LY) και ανά ποικιλία. Όσον αφορά τη μελέτη της αναπαραγωγικής συμπεριφοράς, εφαρμόστηκαν ελεγχόμενες αυτογονιμοποιήσεις σε φυτά όλων των οικογενειών από κάθε ποικιλία και δημιουργήθηκαν S1 απόγονοι. Την επόμενη χρονιά αξιολογήθηκαν οι S1 οικογένειες σε πλήρως τυχαιοποιημένο σχέδιο (CRD) με εννέα επαναλαμβανόμενες τιμές και παράλληλα εγκαταστάθηκε αγρός απομόνωσης για την αυτογονιμοποίηση των S1 οικογενειών, προκειμένου να δημιουργηθούν S2 οικογένειες. Τέλος, το σύνολο του παράγωγου γενετικού υλικού μετά την εφαρμογή των δύο μεθοδολογιών βελτίωσης (μαζική και τροποποιημένη γενεαλογική επιλογή) αξιολογήθηκε σε δύο περιβάλλοντα, στον πειραματικό οργανικό αγρό δημιουργίας (Βελεστίνο) και σε οργανικό αγρό καταπόνησης (Μ. Περιβολάκι). Με βάση τα αποτελέσματα της ενότητας (I), οι τρεις ποικιλίες ήταν αναρριχώμενες, ενώ παρατηρήθηκε παραλλακτικότητα μεταξύ των εξεταζόμενων λευκόσπερμων πληθυσμών από την φαινοτυπική και μοριακή αξιολόγησή τους. Συγκεκριμένα στους πληθυσμούς των Πρεσπών και της Ζαγοράς προέκυψαν φυτά με κόκκινα άνθη, ενώ και οι τρεις πληθυσμοί κατατάχθηκαν σε διαφορετικό τύπο φύλλου κατά UPOV. Από τη μοριακή ανάλυση του DNA, των εξεταζόμενων γενοτύπων και βάση του δενδρόγραμματος φυλογενετικών σχέσεων, βρέθηκε ότι όλοι οι πληθυσμοί διαφέρουν μεταξύ τους και περισσότερο συγγενής φαίνονται να είναι των Πρεσπών και της Ζαγοράς, ενώ των Γρεβενών έχει γενετική απόσταση με τους δύο πληθυσμούς. Η ανάλυση PCA σε δύο κύριες συνιστώσες για τη μελέτη των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών, έδειξε ότι οι τρεις εξεταζόμενες ποικιλίες ομαδοποιούνται ξεχωριστά. Η οργανοληπτική εξέταση διαφοροποίησε τις τρεις ποικιλίες του είδους P.coccineus. Η ποικιλία των Γρεβενών σύμφωνα με το πάνελ των δοκιμαστών για τα δύο έτη οργανοληπτικών εξετάσεων, φαίνεται να χαρακτηρίζεται από την ολική εκτίμηση και την γλυκιά γεύση, ενώ των Πρεσπών χαρακτηρίστηκε χυμώδης. Με βάση τα αποτελέσματα του ελέγχου αναπαραγωγικής συμπεριφοράς, βρέθηκε ότι και στους τρεις πληθυσμούς, τα HS φυτά που αυτογονιμοποιήθηκαν έδωσαν περίπου το 1/3 σε βάρος σπόρων έναντι των ελεύθερα επικονιαζόμενα HS φυτών και συνεπώς η απουσία της σταυρογονιμοποίησης, εκφράστηκε με αισθητή μείωση του παραγωγικού δυναμικού των αυτογονιμοποιούμενων HS φυτών εντός των οικογενειών. Σύμφωνα με τα δεδομένα του πειράματος βρέθηκε ότι υπήρχε γενετικό κέρδος και στα δύο σχήματα επιλογής, το οποίο κυμάνθηκε ανάλογα με τον πληθυσμό. Με δεδομένο ότι οι πληθυσμοί εμφάνισαν ομομεικτική εξασθένιση και στους δύο κύκλους αυτογονιμοποίησης, θα μπορούσε να ειπωθεί ότι η μαζική επιλογή είναι θετική σε επίπεδο πληθυσμού αφού προστατεύει την ισορροπία χωρίς σημαντικές απώλειες ενώ αντίθετα η γενεαλογική είναι αποτελεσματικότερη σε επίπεδο καθαρού γενετικού κέρδους όπως αυτό εκφράστηκε μέσω του μικρού αριθμού των τελικά επιλεγόμενων ημισυγγενικών σειρών. Με βάση την παρατήρηση, ότι οι επιλεγμένες υψηλοαποδοτικές οικογένειες των Πρεσπών εμφάνισαν το μεγαλύτερο μέσο κέρδος ανά έτος μετά από τρεις κύκλους γενεαλογικής επιλογής, για τα συστατικά της απόδοσης και σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ο γενότυπος των Πρεσπών παρουσίασε την μικρότερη ομομεικτική επίδραση, μετά από δύο κύκλους αυτογονιμοποίησης, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο συγκεκριμένος γενότυπος ανταποκρίθηκε καλύτερα στην μεθοδολογία της τροποποιημένης γενεαλογικής επιλογής. Αντίθετα οι υψηλοαποδοτικοί πληθυσμοί των γενοτύπων Ζαγοράς και Γρεβενών εμφάνισαν το μεγαλύτερο μέσο κέρδος ανά έτος μετά από τρεις κύκλους μαζικής επιλογής. Επίσης οι επιλεγμένες οικογένειες των δύο αυτών γενοτύπων εμφάνισαν το μικρότερο μέσο κέρδος ανά έτος μετά από τρεις κύκλους γενεαλογικής επιλογής, για τα συστατικά της απόδοσης και σε συνδυασμό με το γεγονός ότι παρουσίασαν την μεγαλύτερη ομομεικτική επίδραση, μετά από δύο κύκλους αυτογονιμοποίησης, φάνηκε ότι οι συγκεκριμένοι γενότυποι ανταποκρίθηκαν καλύτερα στην μεθοδολογία της μαζικής επιλογής.