Ανάλυση της Έκφρασης Γονιδίων του Βιοσυνθετικού Μονοπατιού των Αλκαλοειδών στο Λευκό Λούπινο (L.albus)
Creators: name: Γούλα, Ιωάννα Ευδοξία Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Λευκό λούπινο
Αλκαλοειδή
Ανάλυση έκφρασης γονιδίων
White lupin
Alkaloids
Gene expression analysis

description: Το λούπινο είναι ένα ψυχανθές, το οποίο προκαλεί το ενδιαφέρον της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας και η σημαντικότητά του εκτείνεται στο επίπεδο της ζωικής παραγωγής αλλά και της διατροφής του ανθρώπου, λόγω της υψηλής διατροφικής του αξίας. Ως τρόφιμο στοιχείο φέρει υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη, γεγονός που το καθιστά άξιο αντικαταστάτη της σόγιας. Ωστόσο, η αντικατάσταση αυτή δεν είναι πλήρως επιτεύξιμη μέχρι στιγμής, λόγω των αντιθρεπτικών παραγόντων που εντοπίζονται στο φυτό. Οι παράγοντες αυτοί ονομάζονται αλκαλοειδή κινολιζιδίνης (QAs) και αποτελούν δευτερογενείς μεταβολίτες του λούπινου, οι οποίοι το καθιστούν επισφαλή για βρώση από τα ζώα και τον άνθρωπο. Η βελτίωση του λούπινου χαρακτηρίζεται ως πρόκληση και απασχολεί τους ερευνητές, οι οποίοι το εντάσσουν στις μελέτες τους, με κύριο σκοπό να καταστήσουν πλήρως γνωστό το βιοσυνθετικό μονοπάτι των QAs και να φέρουν στο φως όλα τα στοιχεία και τις λεπτομέρειες που άπτονται του θέματος. Όσον αφορά το στενόφυλλο λούπινο (L. angustifolius), έχει γίνει πρόοδος πάνω στη μελέτη των QAs του, σε αντίθεση με το λευκό, του οποίου τα στοιχεία είναι ακόμη ελλιπή. Η θολή εικόνα που έχουν οι επιστήμονες για κάποια τμήματα και διαδικασίες της βιοσυνθετικής οδού, καθιστά περίπλοκη τη βελτίωση του L. albus. Στην παρούσα μελέτη, διερευνήθηκε η έκφραση τριών γονιδίων (DHDPs, HMT/HLT, RAP2-7) που συνδέονται άμεσα με τη βιοσύνθεση των QAs, σε διάφορους φυτικούς ιστούς, και διαφορετικούς γενοτύπους λευκού λούπινου, συμπεριλαμβανομένων εμπορικών ποικιλιών και άγριων μορφών. Για το λόγο αυτό, πραγματοποιήθηκαν απομονώσεις ριβονουκλεικού οξέος (RNA) από εμπορικές ποικιλίες και άγριους γενοτύπους L. albus, από φυτικό ιστό διάφορων οργάνων, όπως φύλλα, λοβούς και σπόρους. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι τα γονίδια-στόχοι κατέχουν σημαντικό ρόλο στη βιοσύνθεση των QAs στο λούπινο. Εντοπίστηκαν διαφορετικά μοτίβα έκφρασης των γονιδίων, κυρίως στα όργανα των άγριων γενοτύπων, γεγονός που μαρτυρά παραλλακτικότητα μεταξύ των τύπων του graecus και ενισχύει την υπόθεση ότι εμπλέκονται και άλλοι παράγοντες στη ρύθμιση της βιοσύνθεσης των QAs. Αποδείχθηκε ότι η σύνθεση των αλκαλοειδών μπορεί να συμβεί ανεξάρτητα, σε άλλα φυτικά όργανα, εκτός από τα φύλλα. Τα συμπεράσματα αυτά συμβάλλουν στο να γίνει καλύτερη προσέγγιση στην κατανόηση της λειτουργίας του μονοπατιού των QAs και του προφίλ τους, στις ποικιλίες του λούπινου. Οι εν λόγω πληροφορίες θα συνεισφέρουν στην επιστημονική γνώση με σκοπό, στο μέλλον, το λευκό λούπινο να ανταγωνιστεί τη σόγια στο πεδίο των ζωοτροφών και της ανθρώπινης διατροφής, αλλά και να μπορέσουν οι άγριοι γενότυποι να αξιοποιηθούν στα βελτιωτικά προγράμματα, καθώς αποτελούν μία αξιοσημείωτη δεξαμενή γονιδίων.
description: The lupin is a legume, that arouses the interest of the global scientific community and its importance extends to the level of animal production and human nutrition, due to its high nutritional value. As a food element, it has a high protein content, which makes it a worthy substitute for soybean. However, this replacement is not fully achievable so far, due to the anti-nutritional factors found in the plant. These factors are called quinolizidine alkaloids (QAs) and they are secondary metabolites of lupin, which make it unsafe for animal and human consumption. The breeding of lupin is characterized as a challenge and concerns the researchers, who include it in their studies, with the main purpose of making the biosynthetic pathway of QAs fully known and bringing to light all the elements and details related to the subject. Regarding the narrow-leaved lupin (L. angustifolius), progress has been made on the study of its QAs, in contrast to white lupin, whose data is still incomplete. The fuzzy picture that scientists have of some parts and processes of the biosynthetic pathway makes the improvement of L. albus complicated. In this study, the expression of three genes (DHDPs, HMT/HLT, RAP2-7) directly related to the biosynthesis of QAs was investigated in various plant tissues and different genotypes of white lupin, including commercial cultivars and wild types. For this reason, ribonucleic acid (RNA) isolations were performed from commercial cultivars and wild genotypes of L. albus, from plant tissue of various organs such as leaves, pods and seeds. The results of the study showed that target genes play an important role in the biosynthesis of QAs, in lupin. Different gene expression patterns were detected, mainly in the organs of the wild varieties, which indicates variability among graecus types and strengthens the hypothesis that other factors are involved in the regulation of QAs biosynthesis. It was shown that the synthesis of alkaloids can occur independently, in other plant organs, besides leaves. These conclusions contribute to a better approach to understanding the function of the QAs pathway and their profiles in lupin varieties. The information of this study will contribute to scientific knowledge so that, in the future, white lupin can compete with soybean in the field of animal feed and human nutrition, but also to be able to use wild genotypes in breeding programs, as they constitute a remarkable gene pool.