Τα βαρέα μέταλλα προκύπτουν από φυσικές πηγές στο περιβάλλον, ωστόσο, ο γρήγορος ρυθμός παραγωγής και εναπόθεσης βαρέων μετάλλων στο περιβάλλον, λόγω των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων, δημιουργεί νέους οικοτόπους και προκλήσεις για τους φυτικούς οργανισμούς. Η ανεξέλεγκτη είσοδος των βαρέων μετάλλων στα οικοσυστήματα αποτελεί ζήτημα παγκόσμιας ανησυχίας. Τα ψευδομεταλλόφυτα (ή εν δυνάμει μεταλλόφυτα), υποκατηγορία των μεταλλόφυτων, έχουν αναπτύξει μηχανισμούς προσαρμογής/άμυνας απέναντι στα μέταλλα, συνεπώς, έχουν αποκτήσει την ικανότητα να αναπτύσσονται σε μεταλλοφόρα και μη μεταλλοφόρα εδάφη. Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της κατανομής των συστατικών του κυτταρικού τοιχώματος, σε control και υπό την επίδραση μετάλλων συνθήκες, ο ρόλος που μπορεί να διαδραματίζουν οι τροποποιήσεις της σύστασης του κυτταρικού τοιχώματος στην ικανότητα υπερσυσσώρευσης και οι, πιθανότατα προσαρμοστικές, ανατομικές και μορφολογικές διαφορές που έχουν αναπτύξει οι μεταλλοφόροι οικότυποι ως απόκριση στην αβιοτική καταπόνηση των μετάλλων.
Η διπλωματική εργασία μελετά την κατανομή των κύριων συστατικών του κυτταρικού τοιχώματος σε μεταλλοφόρους και μη οικοτύπους των ειδών Arabidopsis halleri και Arabidopsis arenosa, ενώ για την πραγματοποίηση σύγκρισης, χρησιμοποιήθηκε το φυτό Arabidopsis thaliana (Col-0). Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκαν μονοκλωνικά αντισώματα για τον εντοπισμό πηκτινών, ημικυτταρινών και κάποιων πρωτεϊνών σε φυτά που αναπτύχθηκαν χωρίς και με την παρουσία μετάλλων. Οι διαφορές στα συστατικά του κυτταρικού τοιχώματος μεταξύ των μεταλλοφόρων και μη οικοτύπων εντοπίστηκαν τόσο στις ρίζες όσο και στο υπέργειο τμήμα των φυτών. Αυτές αφορούν την μορφολογία των φύλλων, ιδιαίτερα το σχήμα τους, καθώς και την μορφολογία των ανθέων.
Οι πηκτίνες, από τα πιο μελετημένα συστατικά του κυτταρικού τοιχώματος, φαίνεται να παίζουν σημαντικό ρόλο στην δέσμευση μετάλλων, όταν ένα φυτό αναπτύσσεται υπό την παρουσία τους. Η κατανομή των πηκτινών παρουσιάζει διαφορές μεταξύ των οικοτύπων όταν αναπτύχθηκαν χωρίς την επίδραση μετάλλων, ενώ υπό την επίδραση τους παρατηρήθηκαν κάποια κοινά πρότυπα κατανομής, που ίσως υποδηλώνουν κοινό μηχανισμό άμυνας/προσαρμογής στα μέταλλα. Η κατανομή των ημικυτταρινών παρουσιάζει αύξηση ιδιαίτερα όταν τα φυτά αναπτύχθηκαν υπό την επίδραση καδμίου, συνεπώς, οι ημικυτταρίνες παίζουν ενεργό ρόλο στην δέσμευση καδμίου στα κυτταρικά τοιχώματα των ριζών των φυτών αυτών. Ενώ οι εξτενσίνες, πρωτεΐνες των οποίων η αύξηση έχει συσχετιστεί με διάφορους παράγοντες καταπόνησης, φαίνεται να αυξάνουν την κατανομή τους στο είδος A. arenosa
υπό την επίδραση ψευδαργύρου για 96 ώρες, ένδειξη που πιθανόν να υποδηλώνει την διαφορά αντοχής στο συγκεκριμένο μέταλλο μεταξύ των ειδών A. halleri και A. arenosa.
(EL)
Heavy metals arise from natural sources in the environment, however, the rapid rate and deposition of heavy metals due to anthropogenic activities creates new habitats and challenges for plants. The uncontrolled input of heavy metals into ecosystems is a matter of global concern. Facultative metallophytes (or pseudo-metallophytes), a subclass of metallophytes, have developed adaptation/defense mechanisms against metals and have, therefore, acquired the ability to grow in metalliferous and non-metalliferous soils. The aim of the present study is to investigate any changes in the distribution of cell wall components under control and metal-affected conditions, the role they may play in the ability to hyperaccumulate and the, possibly adaptive, anatomical and morphological differences that the metallicolous ecotypes have developed in response to abiotic metal stress.
This thesis studies the distribution of some major cell wall components in metallicolous and non-metallicolous ecotypes of Arabidopsis halleri and Arabidopsis arenosa, including Arabidopsis thaliana (Col-0) as a comparator. Monoclonal antibodies were used in the study to identify pectins, hemicellulose and some proteins when plants were grown without and in the presence of metals.
The differences observed in metallicolous and non-metallicolous ecotypes, also, concern the aboveground part in addition to the cell wall components in the roots. The differences observed are related to the morphology of leaves and flowers.
One of the most studied components of cell walls when a plant is growing in the presence of metals is pectins, which appear to play an important role in metal binding. The distribution of pectins shows differences between ecotypes under control conditions and some common patterns of distribution were observed under the effect, which may suggest a common mechanism of defense/adaptation to metals. The distribution of hemicellulose shows an increase especially when the plants were grown under cadmium influence, therefore, hemicellulose play an active role in cadmium binding to the cell walls of the roots of these plants. While extensins, proteins whose increase has been associated with various stress factors, seem to increase their distribution in A. arenosa under zinc for 96 h, an indication that may suggest a difference in the resistance response to this metal between A. halleri and A. arenosa.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
