Ph.D

The present study entitled “Physiological and molecular assessment of abiotic stress tolerance in selectively fertilized coconut hybrids (Cocos nucifera L.) was carried out in the Department of Plant Physiology, College of Agriculture, Vellayani during 2018-2023. The objective of the study was physiological and molecular evaluation of selectively fertilized coconut hybrids for water stress and temperature stress tolerance and to assess genetic variability for temperature stress tolerance through pollen selection at critical temperature.
The study consisted of four experiments. In the first experiment, 10 year old field grown coconut palms of the following varieties Kerasree (WCT X MYD)-
198
selectively fertilized, Keraganga (WCT X GB)-selectively fertilized, Kerasree (WCT X MYD) Hybrid, Keraganga (WCT X GB) Hybrid and West Coast Tall at Regional Agricultural Research Station, Pilicode, Kasaragod were used as the experimental material for the study. The experiment was carried out in Randomized Block Design (RBD) with four replications during 2019 March to 2019 April. Water stress was imposed by withdrawing irrigation from the field for one month and physiological and biochemical observations were made at 15 days interval .Then the palms were irrigated on 30th day and recovery responses were analysed on 15th day after the irrigation rescheduling.
On physiological analysis, selectively fertilized Kerasree showed higher relative water content and epicuticular wax of the leaves. Keraganga selectively fertilized showed maximum photosynthetic rate and cell membrane stability index. Leaf temperature was minimum in Kerasree selectively fertilized hybrids followed by Keraganga selectively fertilized hybrid. WCT recorded higher transpiration rate followed by Kerasree selectively fertilized hybrid. Stomatal conductance was higher in WCT and then in Kerasree selectively fertilized hybrids. In all the parameters tested both the selectively fertilized hybrids responded positively towards drought than their normal hybrids and this was an indication of higher water use efficiency in them. Recovery response after rewatering was also higher in selectively fertilized hybrids than their normal hybrids.
The biochemical parameters like chlorophyll content, antioxidant enzymes viz SOD and peroxidase activities were found maximum in Kerasree selectively fertilized hybrids under water stress condition. Recovery response of these parameters were also found elevated in Kerasree selectively fertilized hybrids. Also Kerasree selectively fertilized hybrids showed lowest membrane damage (lipid peroxidation value) compared with normal hybrids and WCT. Amount of proline in leaves was found higher in WCT, which was on par with Kerasree selectively fertilized hybrid and Keraganga selectively fertilized hybrid.
199
In the second experiment, molecular characterization was carried out in the above five treatments. Protein profiling of leaves was done in all the five treatments of experiment one, using SDS-PAGE, in which, there was variation in the intensity of large subunit (55 kDa) as well as small subunit (around16 kDa) of RuBisCO, among the treatments. The intensity of those bands were found higher in WCT and Kerasree selectively fertilized hybrid .The band expressed in selectively fertilized hybrid in between 26 kDa to 36 kDa was absent in other treatments.. SSR markers CncirE2, CncirE10, CncirE12 and CncirH4 were screened in five treatments and polymorphism was observed in CncirE2, CncirE12, and CncirE10. RNA-seq tranascriptomic analysis of Kerasree selectively fertilized hybrid in reference with Kerasree was done to identify the key differentially expressed genes (DEGs) responding to water stress tolerance in Kerasree selectively fertilized hybrid. A total of 16671 genes were found expressed in Kerasree SF differing from Kerasree. 9635 genes were upregulated and remaining 7036 genes were down regulated in Kerasree SF.Abiotic stress related genes like late embryogenesis abundant protein Lea5 and HSPs were found differently expressed in Kerasree S.F hybrid in response to water stress. Gene ontology of the identified genes revealed that in terms of biological processes the following were the most represented GO terms (GO:0006749, 24 proteins, GO:0006468, 23 proteins,GO:0009415,12). In cellular component (GO: 0016020, 31 proteins) and in molecular function (GO: 0005524, 56 proteins, GO: 0009408, 21 proteins) the above shown were the most represented GO terms.
In experiment three, physiological assessment of temperature stress tolerance of selectively fertilized coconut hybrids was done. Pollen grains were collected from the selectively fertilized coconut palms during summer season. The pollen grains were incubated in specific pollen germination media and exposed to different temperature ranging from 35oC to 45oC for a period of 2 hours. The temperature at which only 20-30 % of pollen germinated was identified as the critical temperature stress for pollen germination. From the results obtained, both the selectively fertilized hybrid of Kerasree and Keraganga were noted with maximum critical temperature for pollen germination (42oC) followed by WCT (40oC).This indicated
200
the temperature stress tolerance of selectively fertilized hybrids over their normal hybrids. Pollen viability was found maximum in WCT followed by Kerasree selectively fertilized hybrid. Accumulation of starch was found significantly higher in Kerasree selectively fertilized hybrid and the protein in WCT.
The fourth experiment was conducted to screen temperature stress tolerance of 30 coconut genotypes in Regional Agricultural Research Station, Pilicode for recognizing the temperature stress tolerance through critical temperature for pollen germination. Significant genetic variation in critical temperature was discerned among the treatments. Andaman ordinary and Tanjore coconut genotypes were observed with higher critical temperature (42oC) for pollen germination. Hence they can be used as a pollen parent in hybridization programs for developing temperature stress tolerance.
The present study revealed that Kerasree selectively fertilized and Keraganga selectively fertilized hybrids of coconut were more tolerant to water stress than normal hybrids in terms physiological, biochemical and molecular parameters. Selectively fertilized hybrids developed through pollen selection at critical water potential also have temperature stress tolerance. By selective fertilization techniques it may be possible to add water stress and temperature stress tolerance traits to high yielding coconut hybrids.
201
സംഗ്രഹം
പ്രേത്യകമായി േരാഗണ രീത്ിയിലൂടെ വികസിപ്പിടെെുത്ത ടത്ങ്ങിൻടെ ഫിസിപ്യാളജിക്കൽ ബപ്യാടകമിക്കൽ പ്മാളിക്കുലാർ രേവർത്തങ്ങളിലൂടെ അവയുടെ അബപ്യാട്ടിക് സമ്മർദ്ദങ്ങടള പ്േരിൊേുള്ള കഴിവ് വിലയിരുത്തൽ എന്ധ ശീർഷകത്തിൽ േെത്തിയ േഠേം ടവള്ളായണി കാർഷിക പ്കാപ്ളജിലും RARS േിലിപ്ക്കാെിലുമായി 2 018 -2023 കാലയളവിലാണ് േെത്തിയത്്.
ജലദൗർലഭ്യം അത്ിജീവിക്കുക എന്ധ ലക്ഷ്യപ്ത്താടെ 2008 ൽ േൂടപാെിക്ക് ജലസാമർദ്ദം േല്കി , അവ അത്ീജിെവടയ ടകാണ്ട് േരാഗണം േെത്തി വികസിപ്പിടെെുത്ത പ്കരരശീ , പ്കരഗംഗ (SF ) എന്ധിവയും സാധരണ പ്കരരശീയും പ്കരഗംഗയും WCT യും േരിഗണിൊണ് േരീക്ഷ്ണം േെത്തിയത്് . ഒരു മാസ കാലയളവിൽ േേക്കൽ േിർത്തിടവച് 15, 30 ദിവസങ്ങളിലാണ് േീരീക്ഷ്ണം േെത്തിയത്്.അവയുടെ ടവള്ളം േൽകിയത്ിേ് പ്ശഷമുള്ള മുകളിൽ േറഞ്ഞ േരാമീറ്ററുകളിലുള്ള രേവർത്തേം പ്ോക്കിയപ്പ്പാഴും SF ഇേങ്ങൾ മുന്ധിലാടണന്ധ് മേസിലായിരണ്ടാമടത്ത േരീക്ഷ്ണത്തിൽ ടത്ടരടഞ്ഞെുക്കടേട്ട ടത്ങ്ങിടേങ്ങളുടെ പ്മാളികയൂലർ ത്ലത്തിലുള്ള മാറ്റങ്ങൾ വരൾെയിൽ എങ്ങടേ സവാധീേിക്കുന്ധു എന്ധ് വിലയിരുത്തി.ഇത്ിോയി വരൾെ അേുഭ്വിക്കുപ്പാൾ CnCirE2, CnCirE10, CnCirE12 എന്ധിവ പ്ോളിപ്മാർഫിസം കാണിക്കുന്ധത്ായി മേസിലാക്കിമുകളിൽ േെത്തിയ േരീക്ഷ്ണങ്ങളിൽ േിന്ധും
202
SF പ്കരരശീ ഏറ്റവും േന്ധായി വരൾെടയ അത്ിജീവിക്കുന്ധത്ായി മേസിലാക്കി. ത്ുെർന്ധുള്ള േരീക്ഷ്ണത്തിൽ SF പ്കരരശീ, സാധരണ പ്കരരശീ യിൽ േിന്ധും ഉള്ള genomic ത്ലത്തിൽ ഉള്ള മാറ്റം മേസിലാകുന്ധത്ിേ് പ്വണ്ടി രൊൻസ്രകിേ്റ്പ്റയാം അോലിസിസ് ടചയ്തു.16671 ജീേുകളിൽ 9635 ജീേുകൾ SF പ്കരരശീയിൽ അേ് ടറഗുപ്ലഷൻ ടചയ്തു. ഈ ജീേുളിൽ േലത്ും വരൾെ സമയത്ത് രേത്യക്ഷ്ടപ്പെുന്ധത്ാണ് എന്ധ് മേസിലാക്കാൻ സാധിെു. അവയുടെ ഹീെ് മാപ്പ്, പ്വാൾക്കാേിക് പ്ലാട്ട് എന്ധിവ േിർമിെു. ജീൻ ഒപ്ണ്ടാളജി അോലിസിസ് ടചയ്തു. പ്രോെീൻ ത്ലത്തിൽ വരുന്ധ മാേൽ വിലയിരുത്തി. 55KDa,16KDa, എന്ധീ അളവിൽ എല്ല്ലാ ടചെികളിലും പ്രോെീൻ ഉള്ളത്ായി കാണടപ്പട്ടു. SF ഇേങ്ങളിലും WCT യിലും ഇവയുടെ അളവ് കൂെുത്ലായി കണ്ട്. SF ഇേങ്ങളിൽ മാരത്മായി 26-35 KDa ഇെയിൽ പ്രോെീൻ രേത്യക്ഷ്ടേട്ടത്് അവയുടെ പ്ൊടളറൻസ് ആയി ബ􀘖ടപ്പട്ടാവാം എന്ധ േിഗമേത്തിൽ എത്തിപ്െർന്ധു.മൂന്ധാമടത്ത േരീക്ഷ്ണത്തിൽ മുകളിൽ േറഞ്ഞ ടത്ങ്ങുകളുടെ ഉയർന്ധ ത്ാേേിലടയ അത്ിജീവിക്കാേുള്ള കഴിവ് അവയുടെ േൂടപാെിക് വിരിയാൻ ആവശയമായ critical temperature കടണ്ടത്തുക വഴി വിലയിരുത്തി. SF ഇേങ്ങൾ അവയുടെ സാധരണ ഇേങ്ങടളക്കാൾ മുന്ധിലാടണന്ധ് manasilaayi ോലാമടത്ത േരീക്ഷ്ണത്തിൽ േിലിപ്ക്കാെ് പ്കരരത്തിലുള്ള 30 ഇേം ടത്ങ്ങുകളുടെ ഉയർന്ധ ത്ാേേിലടയ അത്ിജീവിക്കാേുള്ള കഴിവ് േൂടപാെിക് സമ്മർദ്ദം േൽകി മേസിലാക്കി.ത്ൻപ്ജാർ എന്ധ ഇേം മറ്റു ഇേങ്ങടളക്കാൾ
203
മുന്ധിലാടണന്ധും ത്ാേേിലടയ അത്ിജീവിക്കാേുള്ള കഴിവ് ഏറ്റവും കുറവ് സാൻ റമൺ എന്ധ ഇന്ധത്ിോടണന്ധും കടണ്ടത്തി. ഈ േഠേത്തിലൂടെ ടസലക്റ്റീവ് പ്ഫർട്ടിലിസഷൻ (Fertilization)എന്ധ രേപ്ത്കമായ രീത്ി ഉേപ്യാഗിെ് സമ്മർദ്ദങ്ങടള (abiotic) അത്ിജീവിക്കുന്ധ പ്ത്ങ്ങിേങ്ങൾ ഉയർന്ധ ഉലോദേ ക്ഷ്മത്യുള്ളവയിൽ ഉണ്ടാക്കിടയെുക്കാം എന്ധും േൂടപാെികളിലൂടെ ഏറ്റവും എളുപ്പത്തിൽ വരൾെ ഉയർന്ധ ത്ാേേില എന്ധിവടയ ടചറുത്തു േിൽക്കുന്ധ പ്ത്ങ്ങിേങ്ങൾ വികസിപ്പിടെെുക്കാം എന്ധും മേസിലായി.ഈ രീത്ി വയാേിപ്പിെു ടകാണ്ട് ഇന്ധ് േമ്മൾ പ്േരിെുന്ധ കലവസ്ഥ വയത്ിയേത്തിേ് അേുപ്യാജയമായ ടത്ങ്ങിൻ തത്കൾ ഉണ്ടാക്കാം.