Εφαρμογή μεταβολομικών μεθόδων για την ανάλυση της απόκρισης 2 οικοτύπων Robinia pseudoacacia σε καταπόνηση με αλατότητα

Abstract

Τεράστιες εκτάσεις ανά την υφήλιο χαρακτηρίζονται από διαβρωμένα και μη παραγωγικά εδάφη λόγω της παρουσίας υψηλής συγκέντρωσης αλάτων νατρίου. Τα εδάφη αυτά παρουσιάζουν μειωμένα επίπεδα θρεπτικών στοιχείων όπως ο άνθρακας, το φώσφορο και το άζωτο. Η έλλειψη επαρκώς παραγωγικών εδαφών σε μια χρονική στιγμή αυξημένης ζήτησης τροφίμων, λόγω του φαινομένου του υπερπληθυσμού, καθιστά αναγκαία την εύρεση μεθόδων, από την επιστημονική κοινότητα, αξιοποίησης και διαχείρισης των παραπάνω προβληματικών εδαφών. Ένα πρώτο βήμα για την αξιοποίηση τους μπορεί να αποτελέσει η εγκατάσταση καλλιεργειών ανθεκτικών φυτών, τα οποία μπορούν παράλληλα να τα ενισχύσουν σε επίπεδο θρεπτικών, όπως είναι τα ψυχανθή. Επιπλέον, με τη χρήση αναλυτικών μεθόδων, όπως για παράδειγμα των ομικών τεχνολογιών, μπορεί να γίνει κατανοητή η επίδραση της αλατότητας στην ανάπτυξη αυτών των φυτών καθώς και η απόκριση των τελευταίων. Με αυτόν τον τρόπο επίσης είναι δυνατή η επιλογή των αποδοτικότερων ειδών και ποικιλιών στη βιοαποκατάσταση των παραπάνω εδαφών. Σε αυτά τα πλαίσια παρουσιάζεται το πείραμα της παρούσας διατριβής με στόχο τη μελέτη των αποκρίσεων των ιστών φύλλων και ρίζας δυο ποικιλιών ψευδοακακίας (Robinia pseudoacacia) σε διάφορα επίπεδα αλατότητας, τόσο με άμεσο όσο και με σταδιακό εγκλιματισμό. Η βιομετρική ανάλυση παρουσιάζει τις μεταβολές που προκαλούνται από την αλατότητα στην φυσιολογική ανάπτυξη του φυτού μακροσκοπικά ενώ η μεταβολομική ανάλυση με αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας αναδεικνύει τις μεταβολές στην περιεκτικότητα των μεταβολιτών. Παρατηρείται ένας μεγάλος αριθμός μεταβολιτών που επηρεάζονται στατιστικά σημαντικά ανά ιστό σε κάθε ποικιλία, με τα παραπάνω αποτελέσματα να υποδεικνύουν πιθανούς μεταβολικούς μηχανισμούς που εμπλέκονται στην ανεκτικότητα της ψευδοακακίας στην υψηλή αλατότητα και που με μεθόδους κλασσικής βελτίωσης και γονιδιακών παρεμβάσεων θα μπορούσαν να βελτιωθούν περαιτέρω.

Vast areas around the world are characterized by eroded and unproductive soils due to the presence of high concentrations of sodium salts. These soils have reduced levels of nutrients such as carbon, phosphorus and nitrogen. The lack of sufficiently productive soils at a time of increased food demand, due to the phenomenon of overpopulation, makes it necessary for the scientific community to find methods to exploit and manage these problematic soils. A first step in their development can be to reclaim crops that can withstand this stressful condition and provide the soils with nutrients, such as legumes. In addition, using analytical methods, such as omics technologies, can understand the effect of salinity on the growth of these plants as well as their response. In this way it is also possible to choose the most efficient species and varieties in the bio-restoration of the above soils. In this context, the experiment of the present dissertation is presented with the aim of studying the responses of leaf and root tissue of two varieties of pseudoacacia (Robinia pseudoacacia) at different levels of salinity, both with direct and gradual acclimatization. The biometric analysis shows the changes caused by the salinity in the normal growth of the plant macroscopically while the metabolic analysis with gas chromatography-mass spectrometry highlights the changes in the content of the metabolites. There is a large number of metabolites that are statistically significantly affected at the tissues in each variety, with the above results suggesting possible metabolic mechanisms involved in high salt salinity tolerance that could be improved with classical improvement and gene intervention methods.