Αξιολόγηση ανευπλοειδών και διαπλοειδών σειρών βαμβακιού στον αγρό και γενετική ανάλυση με χρήση μοριακών δεικτών τύπου RAPD

Abstract

Αξιολογήθηκαν 20 οικογένειες μερικώς διειδικών υβριδίων βαμβακιού Ρβ γενεάς, που προήλθαν από αμοιβαίες διασταυρώσεις μεταξύ ποικιλιών του G.hirsutum (4S, Acala, Coker) και του G.barbadense (Β403, Carnak). Συγκεκριμένα, τα φυτά αυτά, προήλθαν από διασταύρωση F] διειδικών υβριδίων τα οποία επικονιάστηκαν με γύρη του Hibiscus cannabinus και διατηρήθηκαν στις επόμενες γενεές με ελεγχόμενες αυτογονιμοποιήσεις και ελεύθερη επικονίαση. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες σύγκρισης η εμπορική ποικιλία Celia, οι μητρικοί γενότυποι Carnak και 4S καθώς και μίγματα σπόρων από την Ρ4 και Ps γενεά. Το πειραματικό σχέδιο που εφαρμόστηκε ήταν το τριπλό δικτυωτό για 25 επεμβάσεις (οικογένειες) σε τρεις επαναλήψεις. Η αγρονομική συμπεριφορά αξιολογήθηκε με βάση το ποσοστό φυτρώματος των οικογενειών, την πρωιμότητα, το ύψος των φυτών και την απόδοση σε σύσπορο βαμβάκι, ενώ η ποιότητα της ίνας των οικογενειών των μερικώς διειδικών υβριδίων βαμβακιού εκτιμήθηκε με βάση την τιμή του μήκους της ίνας, της ομοιομορφίας, της αντοχής, της επιμήκυνσης και της τιμής του micronaire. Τέλος, εκτιμήθηκε ο βαθμός ομοιομορφίας εντός των οικογενειών με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των ανθέων και των φύλλων, καθώς και με οπτική εκτίμηση του βαθμού ομοιομορφίας. Από τη ανάλυση των δεδομένων προέκυψε ότι όσον αφορά τη φυτρωτική ικανότητα, οι οικογένειες των μερικώς διειδικών υβριδίων παρουσίασαν μια σχετικά καλή φυτρωτική ικανότητα, σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Από τη άλλη, υπήρχε παραλλακτικότητα για το χαρακτηριστικό της πρωιμότητας μεταξύ των οικογενειών. Συγκεκριμένα οι περισσότερες από αυτές ήταν όψιμες, αλλά υπήρξαν και οικογένειες οι οποίες βρίσκονταν στα ίδια επίπεδα ή ήταν πιο πρώιμες από τους μάρτυρες του είδους G.hirsutum. Το ύψος των γενοτύπων κυμάνθηκε περίπου μεταξύ του ύψους των δύο γονέων, 4S και Carnak. Επιπλέον, ως προς την απόδοση σύσπορου βαμβακιού οι τιμές των οικογενειών κυμάνθηκαν σε χαμηλότερα επίπεδα από αυτές των μαρτύρων, αλλά παρουσίασαν παραλλακτικότητα, γεγονός που αφήνει περιθώρια περαιτέρω γενετικής βελτίωσης. Όσον αφορά τα χαρακτηριστικά της ποιότητας της ίνας, οι οικογένειες των μερικώς διειδικών υβριδίων βαμβακιού είχαν υψηλή ποιότητα ίνας, σε σχέση με τις διεθνείς προδιαγραφές των πιο αξιόλογων εμπορικών ποικιλιών. Τέλος, από την εκτίμηση της ομοιομορφίας προέκυψε ότι υπήρχε ανομοιομορφία εντός των οικογενειών για τα χαρακτηριστικά των άνθεων, ενώ για τα χαρακτηριστικά των φύλλων οι οικογένειες επιδείκνυαν ομοιομορφία, αφού οι περισσότερες είχαν φύλλα τύπου G.barbadense. Μετά από οπτική εκτίμηση των οικογενειών για τον βαθμό ομοιομορφίας εντός αυτών, προέκυψε ότι οι οικογένειες παρουσιάζαν χαμηλή έως μέση ομοιομορφία. Επιπλέον, αξιολογήθηκαν τα καλύτερα ατομικά μερικώς διειδικά υβριδικά φυτά της προηγούμενης γενεάς καθώς και τα ημιγόνιμα και άγονα φυτά της ίδιας γενεάς. Επίσης σπάρθηκε η διασταύρωση Carnak x 4S (F2) και οι μητρικοί γενότυποι Camak και 4S, ως μάρτυρες. Οι γενότυποι σπάρθηκαν σε γραμμές. Στη συνέχεια εκτιμήθηκε η αγρονομική συμπεριφορά των γενοτύπων με βάση το ποσοστό φυτρώματος, την πρωιμότητα, το ύψος των φυτών και την απόδοση σύσπορου βαμβακιού. Επίσης, στις σειρές των ημιγόνιμων και άγονων γενοτύπων μελετήθηκε η πορεία άνθησης και καρπόδεσης. Τέλος, εκτιμήθηκε η ομοιομορφία εντός των γενοτύπων, με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των άνθεων και των φύλλων. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι τα ποσοστά φυτρώματος κυμαινόταν σε χαμηλά επίπεδα. Ως προς την πρωιμότητα, τα ατομικά επιλεγμένα και τα ημιγόνιμα και άγονα φυτά της προηγούμενης γενεάς ήταν όψιμα, πολλά από αυτά πιο όψιμα και από τον μάρτυρα G.barbadense. Το ύψος των ατομικά επιλεγμένων φυτών της κυμάνθηκε μεταξύ του ύψους των γονέων 4S και Carnak, ενώ το ύψος των άγονων και ημιγόνιμων φυτών κυμάνθηκε σε πιο υψηλά επίπεδα, παρόμοια με αυτά του G.barbadense γονέα Όσον αφορά την απόδοση του σύσπορου βαμβακιού, παρατηρήθηκαν μικρές αποδόσεις σε σχέση με τις μητρικές ποικιλίες. Αρκετοί γενότυποι μάλιστα, είχαν αποδόσεις που ούτε καν έφτασαν το 50% της απόδοσης των μαρτύρων. Το μεγαλύτερο ποσοστό των ατομικά επιλεγμένων φυτών και των ημιγόνιμων και άγονων γενοτύπων παρουσίαζε ανομοιομορφία εντός των γενοτύπων, ως προς τα μορφολογικά χαρακτηριστικά του άνθους, ενώ σε αντίθεση, επιδείκνυαν ομοιομορφία ως τον τύπο φύλλου, καθώς το μεγαλύτερο ποσοστό είχε φύλλα τύπου G.barbadense. Τέλος, όλες οι ημιγόνιμες και άγονες σειρές συμπεριφέρθηκαν φυσιολογικά ως προς την άνθηση και την καρπόδεση, εκτός του γενοτύπου Α. Στα φυτά του γενότυπου αυτού είτε τα άνθη τους έπεφταν πριν να γονιμοποιηθούν, είτε πιο συχνά έπεφταν στο στάδιο του χτενιού, ενώ παρατηρήθηκε και μια μικρή πτώση νεαρών καρυδιών. Για την αξιολόγηση του γενετικού υλικού χρησιμοποιήθηκαν οι μοριακοί δείκτες RAPDs. Το γενετικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν 20 οικογένειες μερικώς διειδικών υβριδίων βαμβακιού Ρό γενεάς, τα ατομικά επιλεγμένα φυτά με του κωδικούς 1, 3, 6, 13, 29, 21, 25, τα άγονα και ημιγόνιμα φυτά A, Β, Γ, Δ, Ζ, Η, Θ, η εμπορική ποικιλία Celia, οι μητρικοί γενότυποι Carnak και 4S και τα φυτά που προέκυψαν από μίγματα σπόρων από την Ρ4 και Ρ5 γενεά. Για τη αξιολόγηση των γενοτύπων αρχικά έγινε απομόνωση του DNA με τη CTAB μέθοδο για απομόνωση ολικού DNA και στη συνέχεια προσδιορίστηκε η ποσότητα του DNA στα δείγματα. Για την μοριακή ανάλυση του γενώματος των δειγμάτων χρησιμοποιήθηκαν 10 εκκινητές τύπου RAPD και ανιχνεύτηκαν πολυμορφισμοί και στους δέκα από αυτούς. Το σύνολο των κωδικοποιημένων παρατηρήσεων αποτέλεσε τη βάση για τον υπολογισμό των μητρώων γενετικής συγγένειας κατά τους αλγορίθμους JACCARD και DICE, ενώ οι φυλογενετικές σχέσεις υπολογίστηκαν από τις μήτρες γενετικής ομοιότητας που προέκυψαν σύμφωνα με τις μεθόδους NEIGHBOURJOIN και UPGMA. Τελικά επιλέχτηκε ο συνδυασμός JACCARD/UPGMA. Οι δείκτες τύπου RAPD αποδείχτηκαν ιδιαίτερα αξιόπιστοι για το γενετικό υλικό του πειράματος, και με υψηλή διακριτική ικανότητα. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να οφείλεται στους RAPD’s ή στην υψηλή γενετική παραλλακτικότητα του γενετικού υλικού που εξετάστηκε. Οι πιο πολυμορφικοί δείκτες (OPCOl, OPC12, OPC15) αποδείχτηκαν και ως περισσότερο πληροφοριακοί, αφού βοήθησαν στη διακριτότητα μεταξύ των γενοτύπων. Τέλος, για επίπεδο συσχετίσεως 0.75, η ομαδοποίηση και η περιγραφή των φυλογενετικών σχέσεων αποδείχτηκε ιδιαίτερα ακριβής σε σχέση με την γενεαλογία του φυτικού υλικού που εξετάστηκε. Εξαίρεση αποτελούν οι οικογένειες των μερικώς διειδικών υβριδίων 2 και 16, οι οποίες βρέθηκαν να έχουν μικρή συγγένεια με τους υπόλοιπους γενοτύπους της ίδιας γενετικής προέλευσης. Η διάκριση των γενοτύπων αυτών όμως δεν επιβεβαιώθηκε από τα μορφολογικά τους γνωρίσματα ή την αγρονομική συμπεριφορά. Η περίπτωση αυτών των γενοτύπων προτείνεται να εξεταστεί περαιτέρω, με τη χρήση κυτταρογενετικών αναλύσεων.