Γενετική και μεταγραφωμική ανάλυση παραγόντων που διαμορφώνουν ποιοτικά χαρακτηριστικά στη φακή
Authors: Κούρα Αικατερίνη 
Published: June 2024

Η φακή ( Lens culinaris Medik.) είναι από τα πρώτα φυτά που εξημέρωσε ο άνθρωπος και από τις πιο διαδεδομένες καλλιέργειες λόγω της οικονομικής της σημασίας και της υψηλής διατροφικής της αξίας. Η διατροφική αξία της φακής συνδέεται με θετικά αποτελέσματα στην υγεία και τα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί πολύ η κατανάλωσή της. Παρά τις ευεργετικές της ιδιότητες, η υψηλή περιεκτικότητά της σε φαινολικές ενώσεις, και συγκεκριμένα η συσσώρευση ταννινών στο περίβλημα του σπόρου, υποβαθμίζουν την ποιότητά της. Οι ταννίνες, παρά τις αντιοξειδωτικές και αντιμικροβιακές τους ιδιότητες, μπορούν να περιορίσουν την πέψη και την απορρόφηση θρεπτικών ουσιών, καθιστώντας τις έτσι ως αντιθρεπτικούς παράγοντες. Η φακή, όπως και η πλειοψηφία των ψυχανθών χαρακτηρίζεται από το φαινόμενο "Hard-To-Cook" (Δυσκολία στο Μαγείρεμα), που οφείλεται σε παράγοντες όπως η σκληρότητα του περισπερμίου. Ο χαμηλός χρόνος βρασμού, αποτελεί σημαντικό ποιοτικό χαρακτηριστικό για τους καταναλωτές και σημαντικό στόχο για τη βελτίωση της φακής. Λαμβάνοντας υπόψη τις αναφορές για ανομοιομορφία στη σκληρότητα του περιβλήματος στον ελλαδικό χώρο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα των μηχανισμών που επηρεάζουν το φαινόμενο αυτό. Ένας ακόμη παράγοντας που επηρεάζει την καλλιέργεια φακής είναι η φωσφορική λίπανση, καθώς απαιτούνται επαρκείς ποσότητες για την επιθυμητή απόδοσή της. Σύμφωνα με τα παραπάνω, ο σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η διερεύνηση των μηχανισμών σε επίπεδο γονιδιακής έκφρασης που επιδρά η λίπανση φωσφόρου. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε το μεταγράφωμα της φακής σε δείγματα λοβών που λήφθηκαν σε τρία στάδια ωρίμανσης (S1: όταν ο σπόρος στο λοβό ήταν ακόμη ανώριμος, S2: όταν ο σπόρος στο λοβό ήταν πλήρους μεγέθους και ώριμος, S3: όταν ο λοβός ήταν στο στάδιο του μεταχρωματισμού), σε τρεις μεταχειρίσεις φωσφόρου Ρ0 (6,7 mg/kg), P1 (15 mg/kg), P2 (15 mg/kg +6 mg/kg που προστέθηκαν στην άνθιση). Επιπλέον, ακολούθησε και μελέτη ορισμένων αγροκομικών χαρακτηριστικών με σκοπό την ενίσχυση των συμπερασμάτων. Ο πειραματισμός πραγματοποιήθηκε σε τρεις γενότυπους, την εμπορική ποικιλία «ΣΑΜΟΣ» και σε δύο πληθυσμούς «Ρ118» και «KD101».Οι επιπλέον ποσότητες φωσφόρου των μεταχειρίσεων Ρ1 και Ρ2 οδήγησαν σε σημαντικά αρνητική έκφραση των γονιδίων του cytochrome Ρ450 που σχετίζονται με μηχανισμούς άμυνας και απόκρισης σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις, ενώ διακυμάνσεις παρατηρήθηκαν και μεταξύ των σταδίων ωρίμανσης του λοβού και στους τρεις γενότυπους. Επιπλέον, σε αυτά τα επίπεδα φωσφόρου παρατηρήθηκε έντονα αρνητική έκφραση γονιδίων της οικογένειας legume lectin protein, που παίζουν εξίσου σημαντικό ρόλο στην απόκριση στην καταπόνηση και στη δέσμευση μεταλλικών ιόντων κατά την ανάπτυξη του σπόρου. Η επίδραση τόσο της φωσφορικής λίπανσης των μεταχειρίσεων Ρ1 και Ρ2 όσο και του γενότυπου επιβεβαιώθηκε και από την υπερ- έκφραση του γονιδίου flavonol-3-O-glycoside-7-O-glucosyltransferase 1 στους γενότυπους «Ρ118» και «KD101», που υποδεικνύει την ύπαρξη γλυκοζυλιωμένων μορφών φλαβονοειδών που πρόκειται για ανεπιθύμητο χαρακτηριστικό καθώς οδηγούν σε πιο δύσκολη απορρόφησή τους από τον οργανισμό. Ο επιπλέον φώσφορος πιθανώς οδηγεί σε υποβάθμιση της ποιότητας του σπόρου λόγω μειωμένης κινητικότητας και αποθήκευσης μεταλλικών ιόντων, όπως προέκυψε από την επίδραση στην έκφραση των γονιδίων που σχετίζονται με αυτή τη λειτουργία.Η πλειοψηφία των αλλαγών στην έκφραση εντοπίστηκε από το δεύτερο στάδιο ωρίμανσης του λοβού στο τρίτο. Ωστόσο είναι πιο ενδιαφέρουσες οι αλλαγές που συμβαίνουν από στα νεαρότερα στάδια καθώς ακόμη ο σπόρος δεν έχε εκτεθεί σε παράγοντες που θα μπορούσαν να προκαλέσουν καταπόνηση και επιπλέον διαθέτει ακόμη σε μεγαλύτερες ποσότητες τα απαραίτητα συστατικά για την επιβίωσή του. Χαρακτηριστική περίπτωση ήταν η αρνητική έκφραση των γονιδίων O-methyltransferase από τα πρώτα μόλις στάδια ωρίμανσης του λοβού που παρατηρήθηκε και στους τρεις γενότυπους και υποδηλώνει παρέμβαση παραγόντων στην ανάπτυξη του σπόρου και πιθανώς μείωση της ανταπόκρισης σε καταπονήσεις. Στην ποικιλία «ΣAMOΣ» όμως βρέθηκε υψηλή έκφραση στο S3 σε γονίδια της οικογένειας cupin που σχετίζονται με μηχανισμούς άμυνας στο σπόρο, υποδηλώνοντας ότι η ποικιλία αυτή ανταποκρίνεται καλύτερα στην φωσφορική λίπανση αναπτύσσοντας μηχανισμούς απόκρισης και προσαρμογής. Επιπλέον, το στάδιο ωρίμανσης του λοβού φάνηκε να είναι καθοριστικός παράγοντας στις μεταβολές έκφρασης των γονιδίων στο φαινυλ-προπανοϊκό μονοπάτι. Η έκφραση των γονιδίων αυτών μεταξύ των γενοτύπων παρουσίασε μικρές αλλαγές, ενώ μεταξύ μεταχειρίσεων φωσφόρου δεν προέκυψε κάποιο συγκριμένο μοτίβο στις μεταβολές στην έκφραση. Μεταξύ των γονιδίων που φάνηκε να επηρεάζει το στάδιο ωρίμανσης είναι τα γονίδια ΑΝR και LAR που σχετίζονται άμεσα με την συσσώρευση ταννινών στο σπόρο. Αξιοσημείωτο εύρημα είναι πως τα γονίδια F3H και FLS δεν ακολουθούν κανένα μοτίβο στην έκφρασή τους συγκριτικά με τα υπόλοιπα γονίδια της οδού.Το σύνολο της ανάλυσης των δεδομένων που προέκυψε από την αλληλούχιση του μεταγραφώματος στην παρούσα διατριβή, έδωσε σημαντική πληροφορία εντοπισμού μηχανισμών που επηρεάζονται από τη φωσφορική λίπανση καθώς και το στάδιο ωρίμανσης του λοβού. Επιπροσθέτως, η μελέτη της γονιδιακής έκφρασης σε διαφορετικούς γενότυπους ενίσχυσε την έρευνα καθώς, όπως φάνηκε ο παράγοντας γενότυπος ήταν καθοριστικός για την απόκριση σε μηχανισμούς που πυροδότησε η επιπλέον προσθήκη φωσφόρου. Η παρατήρηση διακυμάνσεων στη διαφορική έκφραση και η απουσία συγκεκριμένων μοτίβων τόσο σχετικών με τη φωσφορική λίπανση όσο και με το στάδιο ωρίμανσης του λοβού, πιθανώς να οφείλεται στην επίδραση των μεταγραφικών παραγόντων καθώς και πρωτεϊνών που δεν έχουν ακόμη αναγνωριστεί στη φακή και είναι σημαντικό να ταυτοποιηθούν ώστε να διευκολυνθεί η μελέτη χαρακτήρων που υπόκεινται σε βελτίωση.