Μοριακός χαρακτηρισμός και μελέτη γονιδίων σχετιζόμενων με την απόκριση σε παθογόνους μικροοργανισμούς και καταπονήσεις σε θαλάσσια δίθυρα της Ελλάδας

Abstract

In recent years, extensive mortality events have been observed in natural and farmed bivalve populations. Such phenomena are mainly attributed to global warming, which, among other effects, facilitates the virulence of pathogenic microorganisms. Gaining knowledge through genetics and physiology is essential for explaining and addressing mass mortality events in bivalves. The morphological characteristics of organisms such as mussels and oysters often hinder their accurate identification, leading to mislabeling throughout the food chain and challenges in effective population management. Genetic diversity plays a critical role in the ability of populations to withstand environmental pressures, such as pathogen presence and elevated temperatures. In the context of this dissertation, the phylogeny and genetic diversity of six bivalve species from Greece were initially investigated. Subsequently, controlled exposure experiments were conducted on the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis and the clam Ruditapes decussatus under increasing temperature conditions. In a final experiment, R. decussatus was exposed to the bacterium Vibrio splendidus at rising temperatures. Upon completion of the exposure experiments to these stressors (heat and bacterial infection), key stress-response genes were examined at the transcriptional level, along with oxidative damage and enzymatic activities of enzymes involved in energy metabolism. Furthermore, the possible presence of genetic polymorphisms in some of these genes and their potential link to increased resilience was investigated. The results include the evaluation of stress-responsive pathways induction and the detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in key genes, some of which were associated with increased resistance to the respective stressors. Additionally, the phylogeny of six bivalve species from the Aegean and Ionian Seas was characterized, and their first DNA barcodes were obtained. The presence of the oyster Ostrea stentina in the northern Aegean was also confirmed molecularly. Finally, low genetic diversity and a lack of genetic heterogeneity among wild populations were observed. This study contributes to the understanding of response and adaptation mechanisms of bivalves to environmental stressors intensified by the climate crisis and provides valuable information for enhancing the sustainability of both wild populations and the aquaculture of marine bivalve mollusks.

Τα τελευταία χρόνια παρατηρούνται εκτεταμένες θνησιμότητες οστρακοειδών στους φυσικούς πληθυσμούς και στην υδατοκαλλιέργεια. Τέτοια φαινόμενα οφείλονται κυριώς στην υπερθέρμανση του πλανήτη, η οποία μεταξύ άλλων, ευνοεί και την δράση των παθογόνων μικροοργανισμών. Η απόκτηση γνώσης μέσω της γενετικής και της φυσιολογίας συνιστά απαραίτητη προϋπόθεση για την εξήγηση και την αντιμετώπιση φαινομένων όπως οι μαζικές θνησιμότητες στα οστρακοειδή. Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά οργανισμών όπως τα μύδια και τα στρείδια συχνά εμποδίζουν την ακριβή ταυτοποίησή τους, οδηγώντας σε εσφαλμένη σήμανση σε όλο το μήκος της αλυσίδας τροφίμων και δυσκολίες στην αποτελεσματική διαχείριση των πληθυσμών τους. Η γενετική ποικιλότητα αποτελεί σημαντικό συστατικό της ικανότητας των πληθυσμών να αντιμετωπίζουν περιβαλλοντικές πιέσεις, όπως η παρουσία παθογόνων και οι αυξημένες θερμοκρασίες. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, αρχικά διερευνήθηκε η φυλογένεση των ειδών και η γενετική ποικιλότητα των πληθυσμών έξι ειδών δίθυρων της Ελλάδας. Ακολούθησαν ελεγχόμενα πειράματα έκθεσης του Μεσογειακού μυδιού Mytilus galloprovincialis και της αχιβάδας Ruditapes decussatus σε αυξανόμενες θερμοκρασίες. Στο τελευταίο πείραμα η αχιβάδα εκτέθηκε στο βακτήριο Vibrio splendidus σε αυξανόμενες θερμοκρασίες. Με το τέλος των πειραμάτων έκθεσης στους παράγοντες καταπόνησης (αυξημένη θερμοκρασία και βακτηριακή μόλυνση), μελετήθηκε η μεταγραφή γονιδίων-κλειδιών των μονοπατιών απόκρισης, η δραστικότητα ενζύμων του ενεργειακού μεταβολισμού και η οξειδωτική βλάβη. Επιπλέον, διερευνήθηκε η πιθανή παρουσία γενετικών πολυμορφισμών στα γονίδια των μονοπατιών απόκρισης, οι οποίοι ενδεχομένως σχετίζονται με αυξημένη ανθεκτικότητα. Στα αποτελέσματα της διατριβής περιλαμβάνονται η περιγραφή του τρόπου επαγωγής των μονοπατιών άμυνας ενάντια σε συνθήκες καταπόνησης και η ανίχνευση απλών νουκλεοτιδικών πολυμορφισμών (SNPs) σε γονίδια-κλειδιά, ορισμένοι εκ των οποίων συνδέθηκαν με αυξημένη ανθεκτικότητα στον εκάστοτε παράγοντα καταπόνησης. Επιπλέον, χαρακτηρίστηκε η φυλογένεση και λήφθηκαν τα πρώτα DNA barcodes έξι ειδών δίθυρων από το Αιγαίο και το Ιόνιο Πέλαγος και επιβεβαιώθηκε μοριακά η παρουσία του στρειδιού Ostrea stentina στο Βόρειο Αιγαίο. Τέλος, διαπιστώθηκε χαμηλή γενετική ποικιλότητα στους άγριους πληθυσμούς και απουσία γενετικής ετερογένειας ανάμεσά τους. Η μελέτη αυτή συμβάλλει στην κατανόηση των μηχανισμών απόκρισης και προσαρμογής των δίθυρων σε περιβαλλοντικες πιέσεις που εντείνονται λόγω της κλιματικής κρίσης και παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για την ενίσχυση της βιωσιμότητας των άγριων πληθυσμών και της καλλιέργειας των θαλλασίων δίθυρων μαλακίων.