Ρύπανση και γενετική προσαρμογή στα δασικά φυτά: βιοπαρακολούθηση και διεύρυνση ανθεκτικότητας με τη χρήση της μαύρης πεύκης (Pinus nigra A.) στη ρύπανση
Creators: name: Κατσίδη, Ελισσάβετ Χ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Αέρια ρύπανση
Μαύρη πεύκη
Εδαφολογική ανάλυση
Μοριακοί γενετικοί δείκτες
Μεθυλίωση DNA
Air pollution
Pinus nigra Arn.
Soil analysis
Molecular genetic markers
DNA methylation

description: Τα δασικά είδη κατά την εξέλιξη τους έχουν βιώσει ποικίλες περιβαλλοντικές αλλαγές. Η αέρια ρύπανση έχει αποδειχτεί ότι μπορεί να αποτελέσει επιλεκτική πίεση για τους φυσικούς πληθυσμούς δασικών ειδών. Η μαύρη πεύκη (Pinus nigra Arn.) χρησιμοποιείται ως βιοδείκτης στην ατμοσφαιρική ρύπανση. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η επίδραση της ρύπανσης σε ποσοστικά γνωρίσματα, στη γενετική και στην επιγενετική συγκρότηση φυσικών πληθυσμών της Pinus nigra Arn. και η διερεύνηση των σχέσεων ρύπανσης και ανταπόκρισης γενοτύπων. Χρησιμοποιήθηκε το προγνωστικό μετεωρολογικό μοντέλο ατμοσφαιρικής διασποράς TAPM στο πολύπλοκο ανάγλυφο του λεκανοπεδίου Κοζάνης – Πτολεμαΐδας και επιλέχθηκαν οι συστάδες μέγιστης και ελάχιστης επιβάρυνσης, Μπουρίκα και Αγία Κυριακή αντίστοιχα. Πραγματοποιήθηκε συγκριτική εδαφολογική ανάλυση των δύο περιοχών και μετρήθηκαν το pH, οι συγκεντρώσεις CaCO3, η περιεχόμενη οργανική ουσία, τα ανταλλάξιμα κατιόντα Ca, Mg, K, Na, οι συγκεντρώσεις των εκχυλίσιμων μετάλλων Cu, Mn, Zn, Fe και οι συγκεντρώσεις των υδατοδιαλυτών Ca, Mg, K, Na, Mn. Η συγκριτική εδαφολογική ανάλυση κατέδειξε ότι οι παρατηρηθείσες διαφορικές συγκεντρώσεις αέριων ρύπων στις υπό μελέτη συστάδες, δεν επηρεάζουν τις συγκεντρώσεις των βασικών συστατικών των εδαφών. Έγινε συγκριτική ανάλυση του ποσοστού πλήρων σπερμάτων, του βάρους 1000 σπερμάτων και του αριθμού των βρακτίων (ως δείκτες αναπαραγωγικής ικανότητας), μεταξύ της συστάδας μέγιστης και ελάχιστης επιβάρυνσης. Η σύγκριση των μορφολογικών παραμέτρων έδειξε ότι η αναπαραγωγική ικανότητα και η βιωσιμότητα του επιβαρυμένου πληθυσμού δεν επηρεάζεται. Διερευνήθηκε επίσης ο ρόλος της επίδρασης της γενετικής και επιγενετικής ποικιλότητας στην προσαρμογή των φυτών. Χρησιμοποιήθηκαν 4 συνδυασμοί f-AFLP εκκινητών και προέκυψαν 283 γονιδιακές θέσεις. Ο μέσος αριθμός πολυμορφικών γονιδιακών θέσεων ήταν 210. Παρατηρήθηκε μικρή μείωση του ποσοστού πολυμορφισμού και της ετεροζυγωτίας της συστάδας Μπουρίκα, η οποία μπορεί να θεωρηθεί αντίδραση στην επιλεκτική πίεση που ασκείται λόγω των αέριων ρύπων της περιοχής. Η ανάλυση στις βελόνες των δύο συστάδων παρήγαγε 606 σταθερές και επαναλήψιμες επιγενετικές θέσεις και ο μέσος αριθμός πολυμορφικών επιγενετικών θέσεων ήταν 380. Ο συντελεστής διαφοροποίησης έδειξε ότι υπάρχουν στατιστικά σημαντικά διαφορές στα ποσοστά μεθυλίωσης της συστάδας Αγία Κυριακή με τη συστάδα της Μπουρίκας για τις βελόνες. Η σύγκριση γενετικής και επιγενετικής ποικιλότητας έδειξε ότι το ποσοστό των πολυμορφικών γονιδιακών θέσεων στην Μπουρίκας ήταν ο 73,5% ενώ στην Αγία Κυριακή 74,91%. Τα ποσοστά των πολυμορφικών επιγενετικών γονιδιακών θέσεων ήταν 77,1% και 68,15% για τις συστάδες μέγιστης και ελάχιστης επιβάρυνσης αντίστοιχα. Η ανάλυση MSAP για τα έμβρυα των δύο συστάδων παρήγαγε 478 σταθερές και επαναλήψιμες επιγενετικές θέσεις και ο μέσος αριθμός πολυμορφικών επιγενετικών θέσεων ήταν 318. Τα έμβρυα της Μπουρίκας εμφανίζονται με υψηλότερη μεθυλίωση. Η μεγαλύτερη μεθυλίωση στα πρωταρχικά στάδια των φυτών ίσως δηλώνει την αναγκαιότητα των εμβρύων να προσαρμοστούν στην επιβάρυνση προσθέτοντας περισσότερες μεθυλιωμένες θέσεις, οι οποίες ενδεχομένως να οδηγήσουν σε σίγαση ή υπερέκφραση γονιδίων με σκοπό την αυξημένη προσαρμοστικότητα των φυτών στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Συγκεντρωτικά, η μεθυλίωση στην επιβαρυμένη συστάδα ήταν υψηλότερη τόσο στις βελόνες όσο και στα έμβρυα. Επίσης μελετήθηκε η μεθυλίωση σε διαφορετικούς τύπους ιστών κάτι που γίνεται για πρώτη φορά στη μαύρη πεύκη. Το μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής μεθυλίωσης παρατηρήθηκε στα έμβρυα συγκριτικά με το αντίστοιχο ποσοστό στις βελόνες και θα ενδεχομένως αποτελεί μέσο προσαρμογής της επόμενης γενιάς στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.
description: The forest species during their evolution have experienced varying environmental changes. Air pollution has been shown that it can be a selective pressure on natural populations of forest tree species. Pinus nigra is used as a biomarker to air pollution. In this thesis, the effect of pollution on morphological, genetic and epigenetic parameters on natural populations of Pinus nigra was studied. TAPM, a prognostic meteorological atmospheric and dispersion model was used in the complex topography of the basin Kozani - Ptolemais, in order to identify areas of the natural distribution of Pinus nigra in the region with contrasting levels of atmospheric pollution. Mpourika was selected as the pollutant area and Agia Kiriaki as control. A comparative soil analysis of the two areas was conducted. Chemical characteristics were measured pH, the concentrations of CaCO3 and the percentage of organic matter content. Exchangeable cations Ca, Mg, K, Na soil concentrations of extractable metals Cu, Mn, Zn, Fe and the concentrations of the water-soluble Ca, Mg, K, Na, Mn were calculated. The comparative soil analysis of the two locations showed the concentrations of the basic components of soils weren’t affected. The statistically significant differences that were recorded in the concentrations of the elements seem to result from the bedrock of each region. The comparison of morphological parameters showed that the concentrations of air pollutants in the prefecture of Kozani seems not to affect reproductive traits and sustainability of the most affected population. The role of the influence of genetic and epigenetic variation in the development of plants was also investigated. 4 combinations of f-AFLP primers were used and produced 283 loci. The average number of polymorphic gene loci was 210. There was a small reduction in the rate of polymorphism and heterozygosity of Mpourika, which can be a reaction in the selective pressure due to the air pollution of the region. The analysis on the needles of the two populations produced 606 reproducible and stable epiloci and the average number of polymorphic epiloci was 380. The fixation index estimated showed that methylation significant different between Agia Kiriaki and Mpourika populations, concerning needles. Comparing the genetic and epigenetic diversity of population Mpourika and Agia Kiriaki for needle tissue, showed that the percentage of polymorphic gene loci of Mpourika was 73.5% for Agia Kiriaki was 74,91%. The percentage of polymorphic epigenetic gene loci was 77.1% and 68,15% respectively. MSAP analysis for embryos produced 478 stable and repeatable epiloci and the average number of polymorphic epiloci was epigenetic 318. Embryos from Mpourika population exhibited higher methylation compared to embryos from Agia Kiriaki population. The higher methylation in the early stages of the plants may indicate the need for embryos to absorb the effect of air pollution adding more methylated positions, which may lead to silencing or overexpression of genes with a view to increasing adaptability of plants to changing environmental conditions. Moreover, methylation in Mpourika population was higher for both the needles and embryos tissues. The largest percentage of methylation observed in embryos when compared to the corresponding figure for needles maybe is a way for the next generation to adjust to changing environmental conditions.