Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών

Metabolomics in Systems Agrobiotechnology & Ecology for High Sensitivity Monitoring of Plant Physiology

Οι τεχνολογίες βιομοριακής ανάλυσης υψηλής απόδοσης (ή ομικές) όπως η μεταβολομική, μπορούν να αποτελέσουν αξιόπιστα εργαλεία μελέτης και να προσφέρουν ολιστική και αξιόπιστη εικόνα της μοριακής φυσιολογίας, σε δεδομένο χρόνο και συνθήκες, ώστε να παρατηρηθούν τυχόν αποκλίσεις από την φυσιολογία αναφοράς έγκαιρα, πριν αυτές γίνουν εμφανείς στο φαινότυπο. Με αυτό τον τρόπο δίνεται περιθώριο για σχεδιασμό τρόπων αντιμετώπισης των καταπονήσεων που επηρεάζουν το βιολογικό σύστημα και προκαλούν τελικά, αυτή τη διαφοροποίηση απο τη φυσιολογία αναφοράς.

Στην παρούσα παρουσίαση, αναδεικνύεται η σημασία της χρήση της μεταβολομικής ως αξιόπιστο εργαλείο μελέτης της φυσιολογίας και του μεταβολισμού των φυτών σε δύο σημαντικά ερευνητικά πεδία και διαφορετικές περιπτωσιολογικές μελέτες. Στο πρώτο πεδίο, αυτό της Συστημικής Αγρό-βιοτεχνολογίας, θα παρουσιαστούν δύο περιπτωσιολογικές μελέτες που αφορούν ερευνητικά έργα σε εθνικά προγράμματα (ΦΥΤΟΑΛΑΤΟΤΗΤΑ, ΝΤΟΜΑΤΟΜΙΚΣ). Στο έργο ΦΥΤΟΑΛΑΤΟΤΗΤΑ μέσω της ανάκτησης των μεταβολικών προτύπων (προφίλ) φύλλων τομάτας μελετήθηκε η επίδραση της αλατότητας σε καλλιέργεια τομάτας και κατέστή δυνατή η έγκαιρη διάγνωση της αλατότητας, πολύ πριν γίνει αντιληπτή με τις κλασικές φυσιολογικές μετρήσεις. Επιπρόσθετα στο έργο ΝΤΟΜΑΤΟΜΙΚΣ, το μεταβολικό το μεταβολικό προτυπο των καρπών της τομάτας επέτρεψε τη διαφοροποίηση ποικιλιών τομάτας, βάσει του μοναδικού μεταβολικού τους αποτυπώματος. Βασικός σκοπός και των δύο ήταν η μελέτη της απόκριση των φυτών στο περιβάλλον ανάπτυξης μιας καλλιέργειας αλλα και η πιστοποίηση της ποιότητας της καλλιέργειας και του και τελικού προϊόντος.

Το δεύτερο πεδίο εφαρμογής της μεταβολομικής είναι αυτό της Οικοφυσιολογίας. Στην πρώτη περιπτωσιολογική μελέτη, χρηματοδοτούμενη από την Ε.Ε., η ολοκληρωμένη ανάλυση φυσιολογικών μετρήσεων και μεταβολικών προτύπων φύλλων του αμφίβιου φυτού Β. umbellatus, ανέδειξε πολύτιμες πληροφορίες για την απόκριση των φυτών, σε μεταβολές στα επίπεδα θρεπτικών στοιχείων και στη σκίαση. Στη δεύτερη περιπτωσιολογική μελέτη, στόχος αποτέλεσε η μελέτη της μεταβολικής φυσιολογίας του θαλάσσιου φυτού P. oceanica (κ.ν Ποσειδωνία), στον Πατραικό Κόλπο. Μέσα από αυτή τη μελέτη παρατηρήθηκε ότι η Ποσειδωνία εμφανιζει διαφορετικό μεταβολικό πρότυπο στις δύο περιοχές που μελετήθηκαν ως απόκριση στις πιέσεις που δέχεται η κάθε μία από αυτές. Βασικός σκοπός αποτελεί η μελέτη της απόκρισης των φυτών στο περιβάλλον ανάπτυξής τους και το πως οι περιβαλλοντικές αλλαγές επηρεάζουν τα οικοσυστήματα.

Μέσα από τις παραπάνω μελέτες καταδεικνύεται ότι η μεταβολομική, αποτελεί υψηλής – ευαισθησίας & ακρίβειας εργαλείο παρακολούθησης της φυσιολογίας των φυτών σε διαφορετικούς τομείς της επιστήμης των φυτών. Η μεταβολομική μπορεί να συμβάλει καθοριστικά στην ανάπτυξη προτυποποιημένων μεθόδων παρακολούθησης και ελέγχου ποιότητας της καλλιέργειας και του τελικού προϊόντος και να ταυτοποιήσει καινα ποσοτικοποιήσει οικοφυσιολογικές αλλαγές σε μεταβολικό επίπεδο γεφυρώνοντας το γενετικό υπόβαθρο με τα περιβαλλοντικά στρές. Επιπρόσθετα καταδεικνύεται η αναγκαιότητα για συνδυαστικές μελέτες αβιοτικών, οικο-φυσιολογικών και μορφολογικών παραμέτρων με μεταβολομική ανάλυση για πληρέστερη εικόνα της φυσιολογίας των φυτών και της επιδρασης του περιβάλλοντος.