Μελέτη ποικιλιών και πληθυσμών φασολιού (Phaseolus vulgaris) για εκτίμηση του παραγωγικού δυναμικού και γενετική ανάλυση για ανθεκτικότητα σε ιολογικές ασθένειες
Creators: name: Δεμερτζή, Ειρήνη Νικολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Κοινό φασόλι
Παραγωγικό δυναμικό
Ανθεκτικότητα
Common bean
Yield potential
Resistance

description: Το κοινό φασόλι (Phaseolus vulgaris L.) είναι ένα από τα σημαντικότερα ψυχανθή που καλλιεργούνται παγκοσμίως και έχει υψηλό αγροοικολογικό δυναμικό. Αποτελεί εξαιρετική πηγή φυτικής πρωτεΐνης και άλλων θρεπτικών στοιχείων, ενώ ταυτόχρονα συνεισφέρει στη βελτίωση της γονιμότητας του εδάφους, μέσω της βιολογικής αζωτοδέσμευσης που επιτελείται λόγω της συμβίωσης με αζωτοδεσμευτικά βακτήρια. Στόχος της συγκεκριμένης εργασίας, ήταν να μελετηθεί το παραγωγικό δυναμικό 7 γενοτύπων φασολιού (εμπορικές ποικιλίες και τοπικοί πληθυσμοί) και οι μεταξύ τους φυλογενετικές σχέσεις, ενώ παράλληλα να αξιολογηθούν με βάση την ανθεκτικότητα τους σε γνωστές ιολογικές ασθένειες (CMV, BCMV, BYMV, BLRV, AMV), που προκαλούν μεγάλες οικονομικές απώλειες. Η έρευνα αυτή αποτελεί μέρος ενός βελτιωτικού προγράμματος, το οποίο εφαρμόζεται στα πλαίσια της Δράσης 2 του Υπομέτρου 16.1-16.5 του ΠΑΑ 2014-2020 με τίτλο «Αειφορική διαχείριση ιολογικών ασθενειών σε γενετικό υλικό φασολιού και ανάπτυξη προσαρμοσμένων ποικιλιών», που έχει ως στόχο την ανάδειξη του «παραγωγικού ιδεότυπου», δηλαδή του γενοτύπου που συνδυάζει απόδοση και σταθερότητα παραγωγικής συμπεριφοράς σε συνδυασμό με ανθεκτικότητα σε ιώσεις υπό το καθεστώς των έντονων κλιματικών μεταβολών. Για την αξιολόγηση του παραγωγικού δυναμικού και την επιλογή υπέρτερων ατομικών φυτών, εφαρμόστηκε σχήμα γενεαλογικής επιλογής σε κυψελωτή διάταξη (R-7 Honeycomb), ώστε υπό καθεστώς απουσίας ανταγωνισμού να επιτραπεί η απόλυτη έκφραση του γενοτύπου. Οι 7 γενότυποι φασολιού που αξιολογήθηκαν, εγκαταστάθηκαν σε δύο γειτονικά κυψελωτά πειράματα κάτω από συνθήκες διαφορετικής διαχείρισης (συμβατικό &amp; βιολογικό). Αντιπροσωπευτικό δείγμα φυτών από κάθε γενότυπο χαρακτηρίστηκε αρχικά ως προς τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και εκτιμήθηκε η φυτρωτικότητα του κάθε γενοτύπου. Ακολούθησε φαινοτυπική επιλογή, που βασίστηκε σε μορφολογικούς δείκτες (UPOV), ενώ ταυτόχρονα η ανθεκτικότητα εκτιμήθηκε χαρακτηρίζοντας τα ατομικά φυτά με κλίμακα 1-3 (1:ευαίσθητο, 2:μετρίως ανθεκτικό, 3:ανθεκτικό). Η απόδοση και τα συστατικά του παραγωγικού δυναμικού αναλύθηκαν με βάση την προγνωστική εξίσωση σειράς (LPE) και οι τελικές επιλογές ατομικών φυτών, προέκυψαν μέσω της προγνωστικής εξίσωσης φυτού (PPE). Ακολούθως εφαρμόστηκε μοριακή γενετική ανάλυση (DNA) και εκτιμήθηκαν οι φυλογενετικές σχέσεις των γενοτύπων φασολιού. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν 5 δείκτες SSR, των οποίων η ανάλυση πολυμορφισμού οδήγησε στην εκτίμηση της συχνότητας των αλληλομόρφων ενδιαφέροντος, το βαθμό ετεροζυγωτίας και τις γενετικές αποστάσεις μεταξύ των 7 εξεταζόμενων γενοτύπων. Σύμφωνα με τα παραπάνω στοιχεία, έγινε η ομαδοποίηση τους σε φυλογενετικό δέντρο (UPGMA) με βάση τις γενετικές τους αποστάσεις. Όσον αφορά την αξιολόγηση της ανθεκτικότητας σε ιολογικές ασθένειες, από τη συγκεκριμένη έρευνα προέκυψε πρωτόκολλο ανίχνευσης των ανθεκτικών γενοτύπων, που συνδυάζει δείκτες συνδεδεμένους με γονίδια ανθεκτικότητας στους ιούς (BCMV, BCMNV) και κοπές με περιοριστικά ένζυμα. Τέλος, οι αλληλουχίες των γενοτύπων χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των εξελικτικών τους σχέσεων με την μέθοδο Neighbor-Joining (NJ). Το σύστημα των SSR δεικτών που χρησιμοποιήθηκε, κατάφερε να προσδιορίσει με επιτυχία τη γενετική ποικιλότητα, τόσο μεταξύ των γενοτύπων όσο και εντός των πληθυσμών που εξετάστηκαν. Όσον αφορά τα αλληλόμορφα ανθεκτικότητας σε ιολογικές ασθένειες, παρατηρήθηκε σημαντική παραλλακτικότητα, με βάση τις πληροφορίες που προέκυψαν από τους δείκτες CAPS και SCAR. Η αύξηση των γνώσεων μας σχετικά με την ποικιλότητα και την πληθυσμιακή δομή των φασολιών που καλλιεργούνται στην Ελλάδα και η επιλογή συγκεκριμένων απογονικών σειρών, θα βοηθήσει στη διατήρηση αυτού του γενετικού δυναμικού και στην κατάλληλη χρήση του στη Βελτίωση Φυτών.
description: The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is one of the most important legumes grown worldwide and has a high agro-ecological potential. It is an excellent source of plant protein and other nutrients, while contributing to soil fertility through biological nitrogen fixation by symbiosis with nitrogen-fixing bacteria. The aim of this study was to investigate the crop yield potential of 7 bean genotypes (commercial varieties and local populations), to study their phylogenetic relationships and to evaluate them in terms of their resistance to known viral diseases (CMV, BCMV, BYMV, BLRV, AMV), that cause major economic losses. This research is a part of a breeding project carried out under Action 2 of Submeasure 16.1-16.5 of the Research Program 2014-2020, entitled "Sustainable management of viral diseases in bean genetic material and development of adapted varieties", aimed at the emergence of the "productive ideotype", i.e. the genotype that combines yield and stability of production behavior with resistance to viral diseases under the regime of intense climatic variations. In order to evaluate the crop yield potential and to select superior individual plants, a pedigree honeycomb selection scheme (R-7 Honeycomb) was applied to allow the full expression of the genotype in the absence of competition. The 7 genotypes evaluated, were established in two adjacent honeycomb designs under different farming conditions (conventional &amp; organic). A representative sample of plants from each genotype was first characterized for morphological traits and the seed germination of each genotype was assessed. This was followed by phenotypic selection based on morphological markers (UPOV), while at the same time, resistance was assessed phenotypically by characterizing individual plants on a scale of 1-3 (1: susceptible, 2: moderately resistant, 3: resistant). Yield and the components of yield potential were analyzed using the Line Prognostic Equation (LPE) and the final individual plant selections were obtained through the Plant Prognostic Equation (PPE). Subsequently, molecular genetic analysis (DNA) was applied, and the phylogenetic relationships of the bean genotypes were estimated. Particularly, 5 SSR markers were used, whose polymorphism analysis led to the estimation of the frequency of alleles of interest, the degree of heterozygosity and the genetic distances between the 7 genotypes studied. Based on these data, they were grouped into a phylogenetic tree (UPGMA) based on their genetic distances. Regarding the evaluation of resistance to viral diseases, a protocol for detection of resistant genotypes was derived from this research, combining markers linked to viral resistance genes (BCMV, BCMNV) and digestion with restriction enzymes. Finally, the genotype sequences were used to study their evolutionary relationships using the Neighbor-Joining (NJ) method. The SSR marker system used was able to successfully identify the genetic diversity both between genotypes and within the populations examined. With regard to the alleles for resistance to viral diseases, significant variability between the genotypes was observed, based on the information obtained from the CAPS and SCAR markers. Increasing our knowledge about the diversity and population structure of beans grown in Greece will help in the conservation of this genetic potential and its appropriate use in Plant Breeding.