Παράγοντες (γενετικοί, περιβαλλοντικοί) που επηρεάζουν την καρπόδεση στην ελιά (Olea europaea L.) και διερεύνηση του ασυμβίβαστου σε μοριακό επίπεδο

Abstract

Aim of the present thesis was to assess self incompatibility status in olive cultivars Koroneiki, Kalamata, Mastoidis and Amigdalolia, to investigate their suitability as pollinators according to reciprocal cross-compatibilities and to determine the impact of abiotic factors on the sexual reproductive system of olive. Experiments were implemented in Oliviculture and Post Harvest Physiology - The Institute of Olive Tree and Subtropical Plants of Chania and Laboratory of Plant Biotechnology - Institute of Viticulture, Floriculture & Vegetable Crops of Heraklion, NAGREF, Laboratory of Plant Biotechnology - Foundation of Research and Technology of Heraklion (FORTH), Laboratory of Electronic Microscopy “Vasilis Galanopoulos” - School of Biology, University of Crete, during 2004 - 2009. In Koroneiki, cross-pollination and free-pollination significantly increased fruit set which averaged between 8,4-10 %. No significant differences were recorded between cross-pollination treatments, in three-year averages. Even the treatment of self-pollination resulted in high fruit set (4,9 %). In Kalamata three-year averages, the highest fruit set was recorded by free-pollination followed by Koroneiki. Mastoidis and Amigdalolia were less effective pollinators while the lowest fruit set was recorded after self pollination. In Mastoidis, free-pollination significantly improved fruit set while the other cultivars were similarly effective pollinators (3-year averages). Though, fruit set after pollination with pollen of Kalamata was similar to that of self pollination indicating potential cross-incompatibility. In the case of Amigdalolia, all cross-pollination treatments increased fruit set compared to self-pollination without significant differences between them. Though, fruit set after pollination with pollen of Mastoidis was similar to that of self pollination indicating potential cross-incompatibility. In the Solanaceae, Rosaceae and Scrophulariaceae families where the molecular mechanism of SI has been extensively studied, ribonucleases of the style (RNases) were found to be involved. On the contrary, in olive (Olea europaea L.) that also exhibits gametophytic SI, the molecular mechanism that controls the self/non-self recognition is unknown as in the Oleaceae family as a whole. In the present thesis, phylogenetic trees of identified S-RNases are presented and the similarity or diversity level of their aminoacid and nucleotide sequences are discussed in alignment with the botanical relationship between the plant species they were identified in. The conserved and the hypervariable regions of the S-RNases sequences are analysed through multiple alignment in order to select primers for PCR. In this paper a first approach to study the molecular mechanism of SI in olive is presented through bioinformatics analysis. Additionally, cDNAs expressed in pistils of Kalamata and Mastoidis were cloned. Sequencing and bioinformatics analysis revealed high similarity level with S-RNases of Rosaceae and Solanaceae which indicate that self-incompatibility mechanism in olive includes the metabolic pathways associated with S-RNases.

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη του αυτοασυμβιβάστου στις ποικιλίες Κορωνέικη, Καλαμών, Μαστοειδής και Αμυγδαλολιά, η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας τους ως επικονιαστές και η διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν το αναπαραγωγικό σύστημα της ελιάς. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν στον πειραματικό ελαιώνα και το Εργαστήριο Ελαιοκομίας και Μετασυλλεκτικής Φυσιολογίας του Ινστιτούτου Ελιάς και Υποτροπικών Φυτών Χανίων (ΕΘΙΑΓΕ), στο Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας και Γενωμικών Πόρων του Ινστιτούτου Αμπέλου, Λαχανοκομίας και Ανθοκομίας Ηρακλείου (ΕΘΙΑΓΕ), στο Εργαστήριο Μοριακής Φυτοπαθολογίας και Βιοτεχνολογίας Φυτών και στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας ‘Βασίλης Γαλανόπουλος’ του Τμήματος Βιολογίας Πανεπιστημίου Κρήτης, τα έτη 2004-2009. Στην Κορωνέικη, η μονοποικιλιακή σταυρεπικονίαση και η ελεύθερη επικονίαση αύξησαν σημαντικά την καρπόδεση που κυμάνθηκε σε επίπεδα μεταξύ 8,4-10 %. Η καρπόδεση της αυτεπικονίασης παρά τη σημαντική υστέρησή της από τις άλλες επεμβάσεις στην Κορωνέικη ήταν υψηλή (4,9 %) και είναι αξιοσημείωτο ότι υπερείχε όλων των επεμβάσεων των άλλων τριών ποικιλιών ακόμη και της ελεύθερης επικονίασης. Στην ποικιλία Καλαμών σύμφωνα με τα αποτελέσματα τριετίας το υψηλότερο ποσοστό καρπόδεσης καταγράφηκε στην ελεύθερη επικονίαση ενώ από τους επικονιαστές πιο αποτελεσματική ήταν η Κορωνέικη με σημαντική διαφορά από τη Μαστοειδή και την Αμυγδαλολιά. Η καρπόδεση μετά από αυτεπικονίαση ήταν σημαντικά χαμηλότερη από όλες τις άλλες επεμβάσεις και δεν ξεπέρασε το 0,7 %. Στην ποικιλία Μαστοειδής η ελεύθερη πολυποικιλιακή σταυρεπικονίαση οδήγησε σε σημαντικά υψηλότερο ποσοστό καρπόδεσης από όλες τις άλλες επεμβάσεις ενώ οι επικονιαστές δεν διέφεραν στατιστικά μεταξύ τους παρά το γεγονός ότι η καρπόδεση με γύρη Κορωνέικης υπερείχε κατά 0,7-0,8 % από τη σταυρεπικονίαση με Καλαμών ή Αμυγδαλολιά. Η καρπόδεση μετά από αυτεπικονίαση ήταν σημαντικά χαμηλότερη από όλες τις άλλες επεμβάσεις εκτός από τη σταυρεπικονίαση με γύρη της ποικιλίας Καλαμών γεγονός που αποτελεί ένδειξη σταυροασυμβιβάστου. Στην περίπτωση της Αμυγδαλολιάς, όλες οι επεμβάσεις μονοποικιλιακής ή πολυποικιλιακής σταυρεπικονίασης αύξησαν την καρπόδεση χωρίς να διαφέρουν στατιστικά μεταξύ τους. Όμως από τους γυρεοδότες ξεχώρισε η Μαστοειδής που έδωσε το χαμηλότερο ποσοστό καρπόδεσης και το οποίο δεν διέφερε σημαντικά από το αντίστοιχο της αυτεπικονίασης υποδεικνύοντας ότι δεν πρέπει να θεωρείται κατάλληλη επικονιάστρια για την Αμυγδαλολιά. Πραγματοποιήθηκε μια πρώτη βιοπληροφορική ανάλυση, σε μοριακό επίπεδο, των αλληλομόρφων που είναι υπεύθυνα για το αυτοασυμβίβαστο (AA) σε άλλα φυτικά είδη, ώστε στη συνέχεια να διερευνηθεί η ανάμιξη τους στο αυτοασυμβίβαστο της ελιάς. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε εκχύλιση DNA από φύλλα και RNA από υπέρους ελιάς, και κλωνοποιήθηκαν τμήματα γονιδίων από τις ποικιλίες ελιάς Καλαμών και Μαστοειδής που παρουσιάζουν σημαντικό επίπεδο ομοιότητας με το αντίστοιχο τμήμα του γονιδίου S3 M. domestica (43 και 44%, αντίστοιχα). Επίσης, κλωνοποιήθηκαν τμήματα γονιδίων από την ποικιλία Μαστοειδής που παρουσιάζουν σημαντικό επίπεδο ομοιότητας με το αντίστοιχο τμήμα του γονιδίου S3 L. peruvianum της οικογένειας Solanaceae (46-47 %).