Μελέτη των μεταβολικών αποκρίσεων του ψυχανθούς Lens culinaris κάτω από συνθήκες υψηλής αλατότητας

Abstract

Η ηθική πρόκληση της επιστημονικής κοινότητας να αντιμετωπίσει την παγκόσμια πείνα είναι αυτή που πολύ συχνά ωθεί την έρευνα να κάνει προβλέψεις για την κατάσταση των αγροτικών περιοχών στο μέλλον. Το πρόβλημα της αλατότητας στα εδάφη εμφανίζεται ως η μεγαλύτερη απειλή για τον κατακερματισμό των καλλιεργούμενων εδαφών. Πλέον είμαστε πεπεισμένοι ότι οι βιοτεχνολογικές προσεγγίσεις και πιο εξειδικευμένα οι ομικές τεχνικές, σε συνδυασμό με την επιστήμη της βελτίωσης των φυτών, θα μας βοηθήσουν αρχικά να κατανοήσουμε σε μοριακό, μεταβολικό και πρωτεϊνικό επίπεδο πως αντανακλάται το πρόβλημα στα φυτά, αλλά και να μας υπαγορεύσουνε πως να το αντιμετωπίσουμε στο μέλλον στοχεύοντας πιθανά σε τοπικές ποικιλίες που έχουν αναπτύξει ανθεκτικότητα, αλλά και γιατί όχι σε διαγενετικά φυτά που είναι εφοδιασμένα με ένα μεγαλύτερο γενετικό «οπλοστάσιο» για αντιμετώπιση του φαινομένου.

Προς αυτήν την κατεύθυνση είναι σχεδιασμένη και εφαρμοσμένη η παρούσα εργασία που ερευνά αποκρίσεις διαφόρων ποικιλιών φακής (Lens culinaris) σε συνθήκες αλατότητας, αλλά επίσης εστιάζει και σε μεταβολικό επίπεδο χρησιμοποιώντας την ολιστική τεχνική της αέριας χρωματογραφίας/φασματομετρίας μάζας (GC/MS) για να αναλύσει τους μεταβολίτες που επάγονται ή καταστέλονται σε διάφορες συνθήκες απευθείας εφαρμογής αλατότητας, αλλά και σε διάφορες συνθήκες εγκλιματιμού. Αναλύουμε το ποσοστό αυτών ανάλογα με τις συνθήκες, αλλά και πιθανές διαφορές που παρουσιάζονται μεταξύ δύο ποικιλιών που μας έχουν προϊδεάσει από μακροσκοπική μελέτη. Βρίσκουμε μεγάλο αριθμό γνωστών μεταβολιτών που επηρρεάζονται στατιστικά σημαντικά ξεχωριστά σε ρίζα και φύλλα για κάθε ποικιλία, ενώ μένει να γίνει περαιτέρω στατιστική ανάλυση των δεδομένων για πιο ασφαλή συμπεράσματα.

Τα ευρήματα αυτά αποτελούν το πρώτο βήμα γα τον εντοπισμό των μεταβολικών διεργασιών που σχετίζονται με την ανθεκτικότητα σε υψηλή αλατότητα στη φακή, και θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν τόσο σε προγράμματα κλασικής βελτίωσης όσο και για το σχεδιασμό κατευθηνόμενων γενετικών επεμβάσεων. Σημειώνουμε ότι είναι η πρώτη φορά που παρουσιάζεται στη διεθνή βιβλιογραφία μεταβολιμική ανάλυση σε φυτά φακής και ελπίζουμε ότι θα είναι ένα έναυσμα για την μεγαλύτερη μελέτη στο μέλλον του συγκεκριμένου είδους.

The ethical challenge, for the scientific community, to encounter the global hunger, is what boosts the researchers to predict the potential condition of the agricultural soils. The salinity problem of the soils rises up as one of the biggest threat of their fragmentation. Nowadays we are convinced that the biotechnological approaches and more specific the omic techniques, with the combination of the plant breeding science, will help us to understand in molecular, metabolic and protein level, how this problem is reflected on the agricultural land, but also will help us to solve it in the future, targeting in potential local varieties of plants, which have evolved some resistance, and why not to genetically modified plants, which will be “equipped” with a larger molecular “armory”.

Towards this direction is designed and applied this thesis, which investigates the different response of several number varieties of lentil (Lens culinaris) under salt stress, but also focuses in the metabolic response using the omic technique of GC/MS to analyze the metabolites which are induced or reduced, but also correlated within different salt stresses, which include initial application of salt and gradual step application. Also we compare the results between two different varieties which have given us a brief idea from macroscopic research. We find a large number of metabolites that change statistically significant between the treatments within the same variety and tissue, and remains the further analysis of the data for more correlated results.

These findingrs are the first step towards spoting the metabolic responses, which are correlated with the salinity stress in lentil and they could be usefull in breeding programs and in designing genetic engineering applications on the plant. At this point we note that is the first time in the international bibliography where GC/MS is applied in lentil and we hope that is going to contribute to the common interest of the scientific community regarding this specie.