Μελέτη των μοριακών μηχανισμών ελέγχου του σχήματος του καρπού της πιπεριάς (Capsicum annuum), σε συνάρτηση με τον εμβολιασμό

Abstract

An important fruit quality characteristic in vegetables and especially in pepper is shape and so the study of the molecular mechanisms and other factors that possibly affect this characteristic, is important. Grafting is one such factor that often influences scion fruit shape in some rootstock-scion combinations. In IN.A.B. lab it was found that grafting of two pepper cultivars of different fruit shape, cv. Round on cv. Long, changed the resulting grafted plant fruits shape (T1 generation) that instead of being round (as the cv. Round scion) became oblong. The change in fruit shape was stably inherited in the next T2 generation that originated from the changed fruits of the T1 generation. These results have been the starting point of this study. ISSR marker analysis has showed that changes are detected in the T2 progenies genetic profile in comparison to the genetic profile of cv. Round (the scion) though no epigenetic differences were detected in T2 progenies epigenetic profile as long as in cv. Round και cv. Long. All these findings suggest that probably genetic changes have occurred during grafting and inherited to the progenies. In particular, genes CaOvate and CaGA20ox1 were shown to be involved in determining fruit shape in pepper according to what it is known, CaOvate acting as a negative regulator of CaGA20ox1. The expression of Cafw2.2 is lower in a large-fruited pepper cultivar of “bell type” in comparison to the expression in the small-fruited cv. Round, in the 10 days after anthesis fruits. Gene CaSun-like is not involved in determining pepper fruit shape. Differential display experiments have shown that genes are differentially expressed in T2 progenies compared to cv. Round. Genes CaOvate and CaSun-like are expressed differently in the T2 progenies in comparison to cv. Round and cv. Long. Another gene, designated as 5A, is expressed 11 times more in the T2 progenies in comparison to cv. Round.In order to explore deeply the causes of the graft-induced changes in pepper fruit shape inherited in the T2 generation and the grafting changes in fruit quality in general, conserved miRNAs were studied in grafted pepper plants since miRNAs are epigenetic switches that control the expression of many target-genes and recently were found to be induced or suspended by grafting. The study of conserved miRNAs showed that the expression of the miRNAs does not change in grafted cv. Round on cv. Long plants (L/R). However the study of a gene that codes for protein DCL4 that is involved in the production of mobile small RNAs inside plants, was found to be down-regulated in two L(rootstock)/R(scion) grafted pepper plants in comparison to the WT cv. Round non grafted plants.

Ένα σημαντικό ποιοτικό χαρακτηριστικό στα λαχανικά και ιδιαίτερα στην πιπεριά είναι το σχήμα του καρπού με συνέπεια η μελέτη των μοριακών μηχανισμών και άλλων παραγόντων που πιθανόν το επηρεάζουν να είναι σημαντική. Ένας τέτοιος παράγοντας είναι ο εμβολιασμός που συχνά έχει επίπτωση στο σχήμα του καρπού του εμβολίου, σε ορισμένους συνδυασμούς εμβολιαζόμενων γενοτύπων. Στο εργαστήριο του ΙΝΕΒ βρέθηκε ότι ο εμβολιασμός δύο ποικιλιών με διαφορετικό σχήμα καρπού, της cv. Round (εμβόλιο) επί της cv. Long (υποκείμενο) προκάλεσε αλλαγή στο σχήμα των καρπών του εμβολίου (Τ1 γενεά), από το στρογγυλό προς το επίμηκες. H αλλαγή αυτή κληρονομήθηκε σταθερά και στους απογόνους της Τ2 γενεάς που προήλθαν από τους καρπούς της T1 γενεάς που διαφοροποιήθηκαν ως προς το σχήμα. Τα αποτελέσματα αυτά αποτέλεσαν την αφετηρία για την παρούσα ερευνητική εργασία. Ανάλυση ISSR δεικτών έδειξε ότι καταγράφονται αλλαγές στο γενετικό προφίλ των Τ2 απογόνων σε σχέση με το εμβόλιο, cv. Round, ενώ δεν καταγράφονται διαφορές στο επιγενετικό προφίλ των T2 απογόνων και στις δύο ποικιλίες, cv. Round και cv. Long. Τα ευρήματα αυτά δείχνουν ότι έχουν συμβεί κατά τον εμβολιασμό γενετικές αλλαγές και μάλιστα αυτές έχουν κληρονομηθεί στους απογόνους. Ειδικότερα, τα γονίδια CaOvate και CaGA20ox1 βρέθηκε ότι εμπλέκονται στον καθορισμό του σχήματος του καρπού της πιπεριάς σύμφωνα με ότι είναι γνωστό, δρώντας το ένα ως αρνητικός ρυθμιστής του άλλου. Η έκφραση του Cafw2.2-like είναι μικρότερη σε μία μεγαλόκαρπη ποικιλία πιπεριάς τύπου «καμπάνα» σε σχέση με την μικρόκαρπη cv. Round, στους καρπούς των 10 ημερών μετά την άνθηση. Το γονίδιο CaSun-like δεν φαίνεται να συνδέεται με το σχήμα. Στους Τ2 απογόνους του εμβολιασμού με την κληρονομούμενη αλλαγή στο σχήμα των καρπών, καταγράφηκε διαφορική έκφραση γονιδίων σε σχέση με το υποκείμενο, cv. Round. Τα CaOvate και CaSun-like εκφράζονται διαφορετικά στους Τ2 απογόνους σε σχέση με τις cv. Round και cv. Long. Ακόμα ένα γονίδιο, το γονίδιο που ονομάστηκε 5Α, εκφράζεται 11 φορές περισσότερο στους Τ2 απογόνους σε σχέση με την cv. Round. Προκειμένου να εξερευνηθούν περισσότερο οι μηχανισμοί που προκαλούν την αλλαγή στο σχήμα του καρπού που κληρονομήθηκε στους Τ2 απογόνους αλλά και γενικότερα τις αλλαγές στην ποιότητα του καρπού κατά τον εμβολιασμό, μελετήθηκαν συντηρημένα miRNAs που ως επιγενετικοί ρυθμιστές επηρεάζουν την έκφραση πολλών γονιδίων και έχουν βρεθεί να επάγονται ή αναστέλλονται κατά τον εμβολιασμό. Η μελέτη των συντηρημένων miRNAs που βρέθηκαν μετά από εκτεταμένες βιοπληροφορικές αναλύσεις έδειξε ότι δεν αλλάζει η έκφρασή τους κατά τον εμβολιασμό της cv. Round στην cv. Long. Ωστόσο ένα γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη DCL4, κύριο μεταφορέα του σήματος της γονιδιακής αποσιώπησης που συνδέεται με τα μικρά RNAs στα φυτά, βρέθηκε να εκφράζεται λιγότερο στα εμβολιασμένα φυτά της cv. Round επί της cv. Long σε σχέση με τον αυτόρριζο μάρτυρα, την cv. Round.