Ανάλυση της έκφρασης γονιδίων βιοσύνθεσης φαινυλπροπανοεϊδών στην ποικιλία φακής ΣΑΜΟΣ σε υδροπονικές συνθήκες
Creators: name: Καραντάκης, Τριαντάφυλλος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Φακή
Φαινυλπροπανοειδή
Υδροπονικές Συνθήκες
Lentil
Phenylpropanoids
Hydroponic Conditions

description: Η καλλιεργούμενη φακή (Lens culinaris Medik.) είναι ένα από τα σημαντικότερα καλλιεργούμενα ψυχανθή, με μεγάλη σημασία τόσο για ανθρώπινη κατανάλωση, όσο και για ζωική τροφή. Ωστόσο, ενώ η φακή είναι πλούσια σε θρεπτικούς παράγοντες που την καθιστούν μια εξαιρετική τροφή, παρουσιάζεται επίσης ένα πλήθος αντιθρεπτικών παραγόντων, η πλειοψηφία των οποίων βρίσκονται στο περισπέρμιο, που μπορούν να καταστείλουν την λειτουργία διαφόρων ενζύμων και να υποβαθμίσουν την αξία της. Από αυτούς τους αντιθρεπτικούς παράγοντες, ιδιαίτερη σημασία παρουσιάζουν οι φαινολικές ενώσεις και συγκεκριμένα οι ταννίνες, οι οποίες είναι προϊόντα δευτερογενούς μεταβολισμού και είναι χρήσιμες για την άμυνα της φακή από βιοτικούς ή αβιοτικούς παράγοντες, όμως σε υψηλές συγκεντρώσεις σχηματίζουν σύμπλοκα με πρωτεΐνες και περιορίζουν την πέψη τους. Επιπλέον, η φακή επηρεάζεται από το φαινόμενο hard-to-cook το οποίο οφείλεται σε παράγοντες όπως η σκληρότητα του περισπερμίου, η οποία επηρεάζει τον χρόνο βρασμού, που αποτελεί σημαντικό κριτήριο ποιότητας για τους καταναλωτές. Στην Ελλάδα υπάρχουν αναφορές για ανομοιομορφία στη σκληρότητα του περιβλήματος ανά καλλιεργητική περίοδο, κρίνοντας έτσι σημαντική την έρευνα των φαινομένων που επηρεάζουν την συσσώρευση των ταννινών και τους παράγοντες που οδηγούν στην σκληρότητα του περισπερμίου. Ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν την καλλιέργεια της φακής είναι η φωσφορική λίπανση, καθώς η φακή ανταποκρίνεται καλά στην λίπανση με τον φώσφορο. Σκοπός της εργασίας ήταν να διερευνηθεί σε γονιδιακό επίπεδο ο μηχανισμός συσσώρευσης τανινών στο περισπέρμιο, και πως αυτοί επηρεάζονται από την λίπανση φωσφόρου. Για τον σκοπό αυτό εγκαταστάθηκε υδροπονικό πείραμα χρησιμοποιώντας σπόρους της εμπορικής ποικιλίας «Σάμος». Μελετήθηκε σε δείγματα λοβών η έκφραση 9 γονιδίων, μεταξύ των οποίων και μία μη-ταυτοποιημένη πρωτεϊνη (F3’H, F3’5’H, FLS, DFR, Unknown, FLS, bHLH, LAR, ANR) στο μονοπάτι βιοσύνθεσης φαινυλπροπανοειδών, που οδηγεί στη συσσώρευση ταννινών στο περισπέρμιο. Τα δείγματα που λήφθηκαν αφορούσαν τρία στάδια ωρίμανσης S1: όταν ο σπόρος ήταν ανώριμος, S2: όταν ο σπόρος είχε φτάσει σε πλήρη ωρίμανση και S3: όταν ο λοβός ήταν στο στάδιο μεταχρωματισμού. Χρησιμοποιήθηκαν τρεις (3) μεταχειρίσεις φωσφόρου με τροποποιημένο υδροπονικό διάλυμα Hoagland και οι οποίες ήταν οι: P0 (0.08 ml/lt), P1 (0.15 ml/lt), P2 (0.23 ml/lt). Κατά τη διάρκεια του πειράματος έγινε λήψη ορισμένων αγροκομικών χαρακτηριστικών, ενώ μετά τη δειγματοληψία, έγινε απομόνωση του RNA και μελετήθηκε η σχετική έκφραση των γονιδίων με τη χρήση της RT-qPCR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η έκφραση όλων των γονιδίων, εκτός του FLS, μειώνεται στην πλειοψηφία των συγκρίσεων που πραγματοποιήθηκαν ανάμεσα στα στάδια ωρίμανσης του σπόρου, υποδηλώνοντας ότι το στάδιο ωρίμανσης του λοβού είναι καθοριστικός παράγοντας για την μεταβολή έκφρασης των γονιδίων του φαινυλοπροπανοϊκού μονοπατιού. Οι μεγαλύτερες μειώσεις στην έκφραση παρατηρήθηκαν στις συγκρίσεις S1_S3 στην μεταχείριση P0. Αντίθετα, για την επίδραση των μεταχειρίσεων φωσφόρου δεν προκύπτει κάποιο συγκεκριμένο μοτίβο, με τα γονίδια να παρουσιάζουν αύξηση ή μειωση στην έκφραση κατά περίπτωση. Κλείνοντας, τα αποτελέσματα για τα γονίδια έρχονται σε συμφωνία με προηγούμενα πειράματα που έγιναν στο εργαστήριο Γενετικής και Βελτίωσης φυτών του Α.Π.Θ, τα οποία πραγματοποιήθηκαν σε πειράματα εγκατεστημένα σε γλάστρες. Η ικανοποιητική ανάπτυξη των φυτών υπό υδροπονικές συνθήκες και η συμφωνία των αποτελεσμάτων σε μεταγραφικό επίπεδο θα μπορούσε να αποτελέσει ένα σημαντικό εργαλείο για την βελτίωση της φακής.
description: Lentil (Lens culinaris Medik.) is one of the most important cultivated legumes, with great importance for both human consumption. However, even though lentil is rich in nutritional factors which make it an excellent food source, there is a number of anti-nutritional factors present in the seed, the majority of which are found in the seed coat, which can suppress the function of various enzymes and degrade its value. Of these anti-nutritional factors tannins are of particular importance, which as products of secondary metabolism and are useful for the protection of lentil against biotic and abiotic stresses, their high concentration however forms complexes with proteins resulting in their limited digestion. In addition, lentil seeds are affected by the phenomenon known as “hard-to-cook” affecting its boiling time, which is regarded as an important quality trait by the consumers. In Greece, there are reports of inhomogeneity in the hardness of the seed coat per growing season, thus deeming important the research of the factors that influence the accumulation of tannins in the seed coat. One of the factors affecting lentil cultivation is phosphorus fertilization, as lentils are known to respond well to its application. The purpose of this study was to investigate at the genetic level the mechanism of accumulation of tannins in the seed coat and how those are affected by phosphorus fertilization. A hydroponic experiment was set up using seeds of the commercial variety “SAMOS”. The expression of 9 genes, including an unidentified protein (F3’H, F3’5’H, FLS, DFR, Unknown, FLS, bHLH, LAR, ANR) was studied in pod samples in the phenylpropanoid biosynthesis pathway, which leads to the accumulation of tannins in the seed coat. The samples were taken from three stages as the seed was developing and were as follows: S1: when the seed was immature, S2: when the seed had reached full maturity and S3: when the pod was at the discoloration stage. There were applied three (3) phosphorus treatments, as a result of the modified hydroponic Hoagland solution which were the following: P0 (0.08 ml/lt), P1 (0.15 ml/lt), P2 (0.23 ml/lt). During the experiment, selected agronomic traits were measured, while after sampling, RNA was extracted and the differential gene expression was carried using the RT-qPCR method. The results showed that the expression of all genes, excluding FLS, is downregulated in the majority of comparisons that were made between seed maturity stages, indicating that the seed maturity is a determining factor regarding gene expression of the phenylpropanoid pathway. The biggest downregulation was observed between the S1_S3 comparisons of the P0 treatment. Conversely, regarding phosphorus fertilization, no specific pattern emerged, with the genes showing either downregulation or upregulation in comparisons between phosphorus treatments. In conclusion, these results are in agreement with previous experiments installed in pots and which were carried out in the Laboratory of Genetics and Plant Breeding of A.U.TH. The satisfactory growth of plants under hydroponic conditions and the agreement of the results at the transcriptional level could be an important tool regarding lentil plant breeding.