A Γ Ρ Ο Τ Η Σ 2 0 1 7
/
T E Υ Χ Ο Σ 4 7 0
35
Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μεγάλο διεθνές ενδιαφέρον για μεθόδους φαινοτύπισης φυτών (plant phenotyping). Ο
λόγος είναι απλός, οι γεωργοί επιλέγουν και συγκομίζουν φαινότυπους και άρα ολόκληρη η επισιτιστική ασφάλεια του
πλανήτη και η ανθρώπινη διατροφή βασίζονται σε φαινότυπους.
Δρ Διονυσία Φασούλα
Λειτουργός Γεωργικών Ερευνών Α΄
Ινστιτούτο Γεωργικών Ερευνών
Φαινοτύπιση φυτών και η καινοτόμος έρευνα
στο Ινστιτούτο Γεωργικών Ερευνών
Ο φαινότυπος ορίζεται ως το αποτέλεσμα της
αλληλεπίδρασης
μεταξύ
ενός
συγκεκριμένου
περιβάλλοντος και συγκεκριμένων γονιδίων (DNA). Στην
πράξη αυτό σημαίνει ότι η απόδοση κάθε νέας ποικιλίας
δεν εξαρτάται μόνον από το περιβάλλον αλλά ούτε και
μόνον από τα γονίδια. Κάθε σπόρος περικλείει το DNA
που του αντιστοιχεί. Όμως, το DNA ποτέ δεν εκδηλώνεται
μόνο του ανεξάρτητα αλλά πάντοτε σε συνάρτηση με
κάποιο περιβάλλον. Το ακατάλληλο περιβάλλον μπορεί
να ακυρώσει τα καλύτερα γονίδια και αντίστοιχα,
υπάρχουν γονίδια που μπορεί να ακυρώσουν το καλύτερο
περιβάλλον. Η αρχή αυτή ισχύει για όλα τα έμβια όντα και
γι’ αυτό εξάλλου έχει ειπωθεί ότι «είμαστε 100% γονίδια και
100% περιβάλλον». Όμως, τα φυτά παρέχουν εξαιρετικά
πλεονεκτήματα για τη μελέτη φαινοτύπων, μερικά από
τα οποία αφορούν στο μεγάλο πλήθος πανομοιότυπων
απογόνων που μπορεί να παραχθούν και να μελετηθούν
σε διάφορες συνθήκες.
Στόχος της έρευνας είναι να μελετηθούν σε βάθος
οι αλληλεπιδράσεις γενοτύπου-περιβάλλοντος ώστε
να ξεπεραστούν μία σειρά σοβαρών δυσκολιών που
αντιμετωπίζει διεθνώς η συμβατική βελτίωση φυτών και,
παράλληλα, να μελετηθούν σε βάθος βιολογικά φαινόμενα
που ήταν απροσπέλαστα μέχρι τώρα. Οι δυσκολίες αυτές
έχουν ως συνέπεια την αύξηση των ετών που απαιτούνται
για τη δημιουργία νέων, βελτιωμένων ποικιλιών και την
πιθανή απώλεια κάποιων εξαιρετικών γενετικών υλικών.
Ειδικότερα, ο τρόπος που διενεργούνται πολλά στάδια
της συμβατικής βελτίωσης φυτών είναι περισσότερο
εμπειρικός, και άρα υποκειμενικός, και λιγότερο αυστηρά
επιστημονικόςκαι αντικειμενικός.Αυτόέχειωςαποτέλεσμα
να μην αξιολογούνται σωστά τα διάφορα γενετικά υλικά,
ενώ η αξιολόγηση χρειάζεται μακροχρόνιες διαδικασίες
για να καταλήξει σε κάποια ασφαλή συμπεράσματα. Το
μεγάλο αναγνωρισμένο εμπόδιο είναι το γεγονός ότι κάθε
νέα ποικιλία φυτών πρέπει να είναι προσαρμοσμένη σε μια
ποικιλία περιβαλλόντων που μπορεί να διαφέρουν αρκετά
μεταξύ τους, όπως για παράδειγμα ως προς την κατανομή
της βροχόπτωσης, την ημερήσια/μηνιαία θερμοκρασία,
τη σύσταση των εδαφών και την παρουσία βιοτικών και
αβιοτικών καταπονήσεων. Μία προσέγγιση των μεθόδων
φαινοτύπισης είναι η χρήση πολλαπλών σύγχρονων
αισθητήρων και καμερών, είτε στατικών είτε εναερίων, για
να χαρακτηρίσουν κάθε περιβάλλον με όσο το δυνατόν
μεγαλύτερη λεπτομέρεια και, παράλληλα, να καταγράψουν
με λεπτομέρεια την ανάπτυξη των διάφορων γενοτύπων σε
αυτά. Οι φωτογραφήσεις αυτές περιλαμβάνουν διάφορα
μήκη κύματος εκτός του ορατού.
Καινοτόμος Έρευνα στο Ινστιτούτο Γεωργικών Ερευνών
(ΙΓΕ): Ατομικό φυτό και εξισώσεις φαινοτύπισης
Παρόλη την τεχνολογική πρόοδο στους σύγχρονους
αισθητήρες και στις δυνατότητες των σύγχρονων
καμερών, η πιο μεγάλη πρόκληση στις μεθόδους φυτικής
φαινοτύπισης παραμένει η φαινοτύπιση στο χωράφι, διότι
εκεί το περιβάλλον είναι απρόβλεπτο και μη ελεγχόμενο.
Στο σημείο αυτό έρχεται να βοηθήσει η καινοτόμος έρευνα
που διεξάγεται στο ΙΓΕ και να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ
γενότυπου και φαινότυπου (genotype-phenotype gap).
Ήδη, από το 2003, όταν η φαινοτύπιση φυτών ήταν σχεδόν
άγνωστη έννοια διεθνώς, είχαμε κάνει γραπτή παρέμβαση
σε σχετικό επιστημονικό ηλεκτρονικό φόρουμ του FAO
(Biotech-Mod2, 15 December 2003) όπου αναλύσαμε
το πρόβλημα και προτείναμε τεκμηριωμένες λύσεις
με βάση τα ερευνητικά μας αποτελέσματα. Οι απόψεις
αυτές έπαιξαν σημαντικό ρόλο στη συνειδητοποίηση της
σημασίας και την περαιτέρω ανάπτυξη της φαινοτύπισης
φυτών. Από το 2014, παράλληλα με τη συστηματική
έρευνα στην Κύπρο για τη φαινοτύπιση στο χωράφι, το
ΙΓΕ συμμετέχει στο ευρωπαϊκό πρόγραμμα COST
Action
FA1306 The quest for tolerant varieties - Phenotyping at
plant and cellular level σε συνεργασία με επιστήμονες
από πολλές χώρες.
Συνοπτικά, οι καινοτομίες της αποτελεσματικής
προσέγγισης που έχουμε αναπτύξει στο ΙΓΕ περιλαμβάνουν
την επικέντρωση στο ατομικό φυτό το οποίο αναπτύσσεται
σε συνθήκες που αποκλείουν τον επιβλαβή ανταγωνισμό
μεταξύ γενοτύπων. Έχουμε βρει ότι η ανταγωνιστική
ικανότητα είναι αρνητικά συσχετισμένη με την ικανότητα
απόδοσης, που είναι το ζητούμενο στη γεωργική πράξη.
Περαιτέρω, χρησιμοποιούμε καινοτόμα σχέδια επιλογής
στο χωράφι και μία νέα εξίσωση φαινοτύπισης ακριβείας, η
οποία επιτρέπει την πρόγνωση της αποδοτικότητας και την
αξιολόγηση των γενετικών υλικών με αντικειμενικότητα
και μεγάλη ακρίβεια, σε όλα τα στάδια ενός βελτιωτικού
προγράμματος, χωρίς να περιορίζεται από τη διαθέσιμη
ποσότητα σπόρου. Η επικέντρωση στο ατομικό φυτό
διευκολύνει ιδιαίτερα τη διασύνδεση με τις αναλύσεις DNA
σε επίπεδο γονιδιωμάτων διότι στο ατομικό γονιδίωμα
αντιστοιχεί πλέον ο ατομικός φαινότυπος, αξιολογημένος
με αξιόπιστα κριτήρια. Επιπλέον, παρέχει μοναδικές
δυνατότητες για τη φαινοτύπιση του ριζικού συστήματος
των φυτών όπως έχουμε δείξει σε σχετικά πειράματα με
το ντόπιο παραδοσιακό λουβί.
Η ΓΕΩΡΓΙΚΗ ΜΑΣ ΕΡΕΥΝΑ
