<p>Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του διιδρυματικού μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών «Καλλιέργειες υπό κάλυψη-Υδροπονία» του Ελληνικού Ανοιχτού Πανεπιστημίου σε συνεργασία με το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών.</p>
<p>Η ανθεκτικότητα των φυτών απέναντι στις περιβαλλοντικές προκλήσεις αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες που καθορίζουν τη σταθερότητα και την παραγωγικότητα των γεωργικών συστημάτων. Τα τελευταία χρόνια έχει δειχθεί ότι η απόκριση των φυτών στις συνθήκες καταπόνησης δεν εξαρτάται αποκλειστικά από το γονιδίωμά τους, αλλά επηρεάζεται σημαντικά από τις αλληλεπιδράσεις τους με τις μικροβιακές κοινότητες που τα συνοδεύουν. Στο πλαίσιο αυτό, η έννοια της «μνήμης μικροβιώματος» περιγράφει την ικανότητα του φυτού και των συνδεδεμένων μικροοργανισμών να διατηρούν λειτουργικές μεταβολές που προκύπτουν έπειτα από προηγούμενη έκθεση σε περιβαλλοντικά ερεθίσματα και να επηρεάζουν τη μελλοντική απόκριση σε επόμενες καταπονήσεις.</p>
<p>Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η διερεύνηση των μηχανισμών που εμπλέκονται στη μνήμη μικροβιώματος των φυτών και η αξιολόγηση της συμβολής τους στην εκδήλωση ανθεκτικότητας απέναντι σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις. Η εργασία βασίστηκε σε βιβλιογραφική ανασκόπηση πρόσφατων επιστημονικών δημοσιεύσεων σχετικών με το φυτικό μικροβίωμα, τις επιγενετικές τροποποιήσεις, τις αλληλεπιδράσεις φυτού–μικροοργανισμών και τις σύγχρονες εφαρμογές αξιοποίησης του μικροβιώματος στη γεωργία.</p>
<p>Αρχικά παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες της φυτικής καταπόνησης και αναλύονται οι μηχανισμοί προσαρμογής και εγκλιματισμού των φυτών. Στη συνέχεια εξετάζεται η δομή και η λειτουργία του φυτικού μικροβιώματος, με ιδιαίτερη έμφαση στη ριζόσφαιρα και στα ενδόφυτα ως αναπόσπαστων στοιχείων της φυσιολογίας και της άμυνας του φυτού. Αναλύεται ο ρόλος των ωφέλιμων μικροοργανισμών στην προαγωγή της ανάπτυξης, στη βελτίωση της πρόσληψης θρεπτικών στοιχείων και στην ενίσχυση της ανοσολογικής απόκρισης των φυτών.</p>
<p>Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στους επιγενετικούς μηχανισμούς που συνδέονται με τη δημιουργία και διατήρηση της μνήμης μικροβιώματος, όπως η μεθυλίωση του DNA, οι τροποποιήσεις των ιστονών, τα μη κωδικοποιητικά RNA, οι αλλαγές στην προσβασιμότητα της χρωματίνης και οι μεταβολές στο επίπεδο του RNA. Οι μηχανισμοί αυτοί εξετάζονται ως πιθανοί σύνδεσμοι μεταξύ περιβαλλοντικών ερεθισμάτων, μικροβιακής αλληλεπίδρασης και μακροπρόθεσμης απόκρισης του φυτού.</p>
<p>Παράλληλα, παρουσιάζονται τα διαθέσιμα δεδομένα σχετικά με τη συμμετοχή της μνήμης μικροβιώματος στην ανθεκτικότητα έναντι αβιοτικών καταπονήσεων, όπως η ξηρασία, η αλατότητα, οι ακραίες θερμοκρασίες και η έλλειψη θρεπτικών συστατικών, καθώς και έναντι βιοτικών παραγόντων, όπως οι φυτοπαθογόνοι μικροοργανισμοί. Εξετάζονται επίσης η διαγενεακή μεταβίβαση μικροβιακών πληθυσμών μέσω των σπόρων, η έννοια της εδαφικής παρακαταθήκης (soil legacy) και η πιθανή λειτουργία του μικροβιώματος ως «εκτεταμένου φαινοτύπου» του φυτού.</p>
<p>Τέλος, αναλύονται οι σύγχρονες και μελλοντικές προοπτικές αξιοποίησης της μνήμης μικροβιώματος στη γεωργία, συμπεριλαμβανομένων των μικροβιακών βιοδιεγερτών νέας γενιάς, του microbiome engineering, των συνθετικών μικροβιακών κοινοτήτων, της διαχείρισης του μικροβιώματος των σπόρων και της γεωργίας ακριβείας. Παρά τις σημαντικές προόδους που έχουν επιτευχθεί, αναδεικνύεται ότι απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την κατανόηση της σταθερότητας, της μεταβιβασιμότητας και της πρακτικής εφαρμογής των μηχανισμών αυτών σε πραγματικές καλλιεργητικές συνθήκες. Συνολικά, η μνήμη μικροβιώματος φαίνεται να αποτελεί μία πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την ανάπτυξη περισσότερο ανθεκτικών και βιώσιμων γεωργικών συστημάτων.</p>
<p>This thesis was completed as part of the inter-institutional master’s program “Cultivations under cover & Hydroponics” offered by the Hellenic Open University in collaboration with the Agricultural University of Athens.</p><p>Plant resilience to environmental challenges constitutes one of the most important factors determining the stability and productivity of agricultural systems. In recent years, it has become increasingly evident that plant adaptation to stress conditions does not depend exclusively on the plant genome but is also strongly influenced by interactions with the microbial communities associated with plants. Within this context, the concept of “microbiome memory” describes the ability of plants and their associated microorganisms to retain functional changes resulting from previous exposure to environmental stimuli and to influence future responses to subsequent stress conditions.</p><p>The aim of the present study was to investigate the mechanisms involved in plant microbiome memory and to evaluate their contribution to the development of resistance against both biotic and abiotic stresses. The study was based on a literature review of recent scientific publications related to the plant microbiome, epigenetic modifications, plant–microbe interactions, and contemporary microbiome-based applications in agriculture.</p><p>Initially, the fundamental concepts of plant stress are presented and the mechanisms of plant adaptation and acclimation are discussed. Subsequently, the structure and function of the plant microbiome are examined, with particular emphasis on the rhizosphere and endophytes as critical components of plant physiology and defense. The role of beneficial microorganisms in promoting plant growth, improving nutrient uptake, and enhancing plant immune responses is also analyzed.</p><p>Special emphasis is placed on the epigenetic mechanisms associated with the establishment and maintenance of microbiome memory, including DNA methylation, histone modifications, non-coding RNAs, changes in chromatin accessibility, and RNA modifications. These mechanisms are examined as potential links connecting environmental stimuli, microbial interactions, and long-term plant responses.</p><p><br></p><p>In addition, available evidence regarding the contribution of microbiome memory to resilience against abiotic stresses, such as drought, salinity, thermal stress, and nutrient stress, as well as biotic stress factors including plant pathogens, is presented. The study also discusses the transgenerational transfer of microbial traits through seeds, the concept of soil legacy, and the possible role of the microbiome as an “extended phenotype” of the plant.</p><p>Finally, current and future perspectives for the application of microbiome memory in agriculture are explored, including next-generation microbial biostimulants, microbiome engineering, synthetic microbial communities, seed microbiome manipulation, and microbiome-based precision agriculture. Despite the significant advances achieved so far, further research is required to better understand the stability, transferability, and practical implementation of these mechanisms under real cultivation conditions. Overall, microbiome memory appears to represent a promising approach for the development of more resilient and sustainable agricultural systems.</p>
Κύριο μέρος της Διπλωματικής