[EN] Eggplant (Solanum melongena L.) is one of the vegetables with highest content in phenolic compounds, giving eggplant a high antioxidant power and other bioactive beneficial health properties. This means that there is a growing demand among consumers concerned about a healthy diet. However, despite being a crop with a great economic importance worldwide, it is one of the least-studied Solanaceae (much less than tomato, pepper and potato), so it is necessary to carry out studies that contribute to the genetic improvement of eggplant to the commercial level so that the genetic diversity is increased and that is adapted to the demands of producers and consumers. The work carried out in this Thesis aims to obtain relevant information for the breeding programmes of eggplant through the study of genetic diversity and development and use of tools for the morphological characterization as well as increasing genetic diversity in élite germplasm for the development of programs aimed at obtaining high-value hybrids. For achieving this objective, commercial eggplant (semi-larga) black type, as well as other types, origins and varieties of local material are used. In the first part of the Thesis, we rely on the study of genetic diversity in S. melongena and the application of new tools to perform accurate morphological characterization and improve the process of selection of the breeding programs. This diversity studies have been conducted in three centres of origin side in different regions (Spain, Sri Lanka and China), in local materials of eggplant with different typologies, and new phenomic tools have been used for the morphological characterization of the fruit of the eggplant. In the second part of this work, we deal with the development of plant material to increase the genetic base of eggplant cultivars and with the implementation of various programmes for genetic improvement. For this we plan and develop different breeding programs according to different objectives, including the implementation of a programme of improvement of a local variety with protected geographical indication (IGP), and increasing the diversity and new "elite" material of black type eggplant through a program of genetic improvement. In summary, our work that shows that the study of the genetic diversity and the use of phenomics tools for morphological characterization, as well as the development of new plant material, is very useful for obtaining new varieties of eggplant as well as scientific and technical information of interest to other researchers and breeders. We have also found that "public-private research" interaction allows a synergistic collaboration in obtaining plant material and information of interest for vegetables breeding. / [ES] La berenjena (Solanum melongena L.) es una de las hortalizas más ricas en compuestos fenólicos, lo cual le confiere un alto poder antioxidante y otras propiedades bioactivas beneficiosas para la salud. Ello hace que haya una demanda creciente entre consumidores preocupados por una dieta saludable. Sin embargo, a pesar de ser un cultivo con una gran importancia económica a nivel mundial, es una de las solanáceas menos estudiadas (mucho menos que tomate, pimiento y patata), por lo que es necesario realizar estudios que contribuyan a la mejora genética de la berenjena a nivel comercial de forma que amplíen la diversidad genética y que permitan adaptarse a las demandas de productores y consumidores. El trabajo realizado en esta Tesis pretende obtener información relevante para los programas de mejora genética de berenjena mediante el estudio de la diversidad genética y el desarrollo y uso de herramientas para la caracterización morfológica, así como el aumento de la diversidad genética en el germoplasma élite de los programas de desarrollo de híbridos de alto valor. Para ello se utiliza material vegetal tanto de la berenjena comercial tipo negra (semi-larga), como material de otros tipos, orígenes y variedades locales. En una primera parte de la Tesis, nos basamos en el estudio de diversidad genética en S. melongena y en la aplicación de nuevas herramientas para realizar una caracterización morfológica precisa y mejorar el proceso de selección en los programas de mejora. Para ello se han realizado estudios de diversidad en tres centros de origen secundarios de distintas regiones (España, Sri Lanka y China), en materiales locales de berenjena con distintas tipologías, y se han utilizado nuevas herramientas fenómicas para la caracterización morfológica del fruto de la berenjena. Como segunda parte de este trabajo, abordamos el desarrollo de material vegetal para el incremento de la base genética de los cultivares de berenjena e implementación de distintos programas de mejora genética. Para ello se plantean y ejecutan diferentes programas de mejora según los objetivos explícitos, incluyendo la realización de un programa de mejora para una variedad local con Indicación Geográfica Protegida (IGP), e incrementando la diversidad y la obtención de nuevos materiales de élite de berenjena tipo negra mediante un programa de mejora genética. En definitiva, nos encontramos con un trabajo que muestra que el estudio de la diversidad genética y el desarrollo y utilización de herramientas fenómicas para la caracterización morfológica, además de la obtención de material vegetal nuevo, es de gran utilidad para el desarrollo de nuevas variedades de berenjena, así como para obtener información científico-técnica de interés para otros investigadores y mejoradores. También hemos constatado que la interacción "investigación pública-privada" permite una colaboración sinérgica en la obtención de material vegetal e información de interés en la mejora de hortícolas. / [CA] L'albergina (Solanum melongena L.) és una de les hortalisses més riques en compostos fenòlics, el que li confereix un alt poder antioxidant i altres propietats bioactives beneficioses per a la salut. Aquest fet fa que hi haja una demanda creixent entre els consumidors preocupats per una dieta saludable. No obstant això, a pesar de ser un cultiu amb una gran importància econòmica a nivell mundial, és una de les solanàcies menys estudiades (molt menys que tomaca, pimentó i creïlla) , per la qual cosa és necessari realitzar estudis que contribuïsquen a la millora genètica de l'albergina a nivell comercial de manera que amplien la diversitat genètica i que permeten adaptar-se a les demandes de productors i consumidors. El treball realitzat en esta Tesi pretén obtindre informació rellevant per als programes de millora genètica d'albergina per mitjà de l'estudi de la diversitat genètica i el desenvolupament i ús de ferramentes per a la caracterització morfològica, així com l'augment de la diversitat genètica en el germoplasma elit dels programes de desenvolupament d'híbrids d'alt valor. Per a això s'utilitza material vegetal tant de l'albergina comercial de tipus negra (semi-llarga), com material d'altres tipus, orígens i varietats locals. En una primera part de la Tesi, ens basem en l'estudi de diversitat genètica en S. melongena i en l'aplicació de noves ferramentes per a realitzar una caracterització morfològica precisa i millorar el procés de selecció en els programes de millora. Per a això s'han realitzat estudis de diversitat en tres centres d'origen secundaris de distintes regions (Espanya, Sri Lanka i Xina), en materials locals d'albergina amb distintes tipologies, i s'han utilitzat noves ferramentes fenòmiques per a la caracterització morfològica del fruit de l'albergina. Com a segona part d'este treball, abordem el desenvolupament de material vegetal per a l'increment de la base genètica dels cultivars d'albergina i implementació de distints programes de millora genètica. Per a això es plantegen i executen diferents programes de millora segons els objectius explícits, incloent la realització d'un programa de millora per a una varietat local amb Indicació Geogràfica Protegida (IGP), i incrementant la diversitat i l'obtenció de nous materials d'elit d'albergina tipus negra per mitjà d'un programa de millora genètica. En definitiva, ens trobem amb un treball que mostra que l'estudi de la diversitat genètica i el desenvolupament i utilització de ferramentes fenómiques per a la caracterització morfològica, a més de l'obtenció de material vegetal nou, és de gran utilitat per al desenvolupament de noves varietats d'albergina, així com per a obtindre informació cientificotècnica d'interés per a altres investigadors i milloradors. També hem constatat que la interacció "investigació pública-privada" permet una col·laboració sinèrgica en l'obtenció de material vegetal i informació d'interés en la millora d'hortícoles. / Hurtado Ricart, M. (2016). Mejora genética de la berenjena (S. melongena L.) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61386 / TESIS

Las frutas y hortalizas presentan compuestos bioactivos beneficiosos para la salud humana. El desarrollo de variedades con un mayor contenido en este tipo de compuestos es de interés, ya que contribuye a satisfacer una demanda creciente por parte de los consumidores por productos con propiedades funcionales. Dentro de las hortalizas, la berenjena (Solanum melongena) presenta una alta actividad antioxidante, fundamentalmente derivada de su alto contenido en polifenoles, y se ha demostrado que presenta efectos beneficiosos para la salud humana. Entre los compuestos fenólicos de la berenjena destaca el ácido clorogénico, ya que se trata del más abundante en este cultivo y presenta múltiples propiedades beneficiosas para la salud. Esta Tesis Doctoral trata de la caracterización y mejora de la berenjena para obtener información relevante y material vegetal para el desarrollo de variedades de berenjena con un mayor contenido en compuestos bioactivos, en particular polifenoles. Para ello utilizamos la variación intraespecífica e interespecífica. Por otra parte, en una mejora integral se debe tener en cuenta no solo el carácter a mejorar, sino también aquellos caracteres de interés para el éxito de una variedad, por lo que también hemos estudiado otros caracteres relacionados con el incremento del contenido en polifenoles, como puede ser el pardeamiento del fruto, y así como otros caracteres de interés general en mejora. En una primera parte de esta Tesis Doctoral nos centramos en el estudio de la diversidad en berenjena común y especies relacionadas para los caracteres objeto de esta tesis y también para caracteres de interés agronómico. El objetivo es evaluar la diversidad, identificar fuentes de variación y estudiar las relaciones entre caracteres. En un primer estudio, evaluamos una colección de variedades tradicionales de berenjena, en la cual hemos encontrado una alta diversidad para caracteres de calidad funcional y pardeamiento. En este estudio encontramos que el contenido en ácido clorogénico está correlacionado positivamente con la actividad antioxidante y que la correlación con el pardeamiento es baja, demostrando que es posible seleccionar variedades de berenjena con alto contenido en ácido clorogénico y pardeamiento moderado. También comprobamos que incluso con baja actividad polifenol oxidasa (PPO) se puede producir pardeamiento significativo, sugiriendo que la actividad PPO no es el factor limitante para el pardeamiento en la colección estudiada. Con objeto de ampliar la diversidad genética de la berenjena para la mejora de compuestos bioactivos y otros caracteres de importancia hemos estudiado la diversidad en una colección de berenjenas escarlata (S. aethiopicum) y gboma (S. macrocarpon). La caracterización morfológica mediante descriptores convencionales y herramientas fenómicas (Tomato Analyzer) nos ha permitido estudiar las relaciones entre los distintos grupos de cultivares y especies silvestres relacionadas y determinar que los complejos berenjena escarlata y gboma son hipervariables. En esta colección hemos estudiado también la actividad reductora y el contenido en ácido clorogénico, encontrado una enorme variabilidad. En general, la berenjena escarlata presenta contenidos relativamente bajos, mientras que la berenjena gboma, en particular su ancestro silvestre S. dasyphyllum, presentan valores muy elevados. También hemos comprobado en cultivos celulares de macrófagos que las variedades con mayor contenido en ácido clorogénico presentan una mayor inhibición de la producción de óxido nítrico (NO) indicando propiedades beneficiosas para la salud. En la segunda parte de la Tesis Doctoral hemos evaluado el interés de la hibridación interespecífica para la mejora de la berenjena, en particular para el contenido en compuestos bioactivos. Hemos obtenido dos familias, incluyendo retrocruzamientos, entre la berenjena común (S. melongena) por una parte y la berenjena escarlata cultivada (S. aethiopicum) y la especie silvestre S. incanum por otra. Los resultados muestran que la fertilidad de los materiales derivados de la hibridación entre S. melongena y S. aethiopicum es baja y que se obtiene una baja eficiencia en los retrocruzamientos hacia S. melongena. Además, el bajo contenido en polifenoles de S. aethiopicum se comporta como dominante. En cambio el retrocruzamiento hacia S. aethiopicum proporciona muchas plantas con mayores niveles de fertilidad. Sugerimos, por tanto, que S. melongena puede ser una fuente de variación para la mejora en contenido en polifenoles de la berenjena escarlata. La familia obtenida por hibridación interespecífica entre S. melongena y S. incanum mostró altos niveles de fertilidad y en el primer retrocruce hacia S. melongena se encuentran individuos morfológicamente similares a la Resumen berenjena cultivada. El estudio de los compuestos fenólicos mostró que S. incanum es una buena fuente de variación para la mejora de la berenjena común, con valores muy superiores a los de la especie cultivada. En el primer retrocruce se encuentran ya individuos con alto contenido en ácido clorogénico y pardeamiento moderado, lo cual sugiere que es posible introgresar exitosamente el alto contenido en ácido clorogénico de S. incanum en el fondo genético de la berenjena cultivada. En definitiva, los trabajos realizados en esta Tesis Doctoral aportan nuevo conocimiento sobre la diversidad y relaciones entre caracteres implicados en la calidad funcional de la berenjena y otros caracteres de interés en la mejora genética de este cultivo. Los materiales seleccionados y obtenidos son de gran interés para el desarrollo de variedades comerciales de berenjena con propiedades bioactivas mejoradas. / Plazas Ávila, MDLO. (2015). Caracterización y mejora genética de la berenjena (Solanum melongena) para compuestos bioactivos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48563 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La berenjena (Solanum melongena) es una hortaliza muy importante en muchas áreas tropicales y subtropicales del mundo. Es la tercera solanácea más producida a nivel mundial, pero a pesar de su importancia los recursos genéticos y las herramientas biotecnológicas para su investigación no han sido desarrollados lo suficiente. Con la actual situación de cambio climático, muchas de las áreas donde se produce este cultivo están sufriendo modificaciones dramáticas en el ambiente y la climatología. Esto está ocasionando una reducción de los rendimientos de este cultivo que cada vez se ven más afectados por la aparición de nuevas enfermedades, plagas, malezas, pérdida en la fertilidad de los suelos, mayor prevalencia de sequía y salinidad, así como el incremento de las temperaturas. La berenjena se encuentra en una situación de vulnerabilidad ante estos cambios debido a los efectos de cuello de botella genético acontecidos durante su domesticación y a la disponibilidad limitada de recursos genéticos accesibles para su mejora genética. En un primer gran bloque de esta tesis, mediante el uso de especies silvestres relacionadas con la berenjena, se ha iniciado el desarrollo de una colección de líneas de introgresión (ILs). Utilizando tres especies representantes de los tres grupos de germoplasma de la berenjena (S. insanum del germoplasma primario, S. dasyphyllum del germoplasma secundario y S. elaeagnifolium del germoplasma terciario) se ha ampliado el fondo genético de este cultivo. Estas especies, han sido seleccionadas por sus extraordinarias capacidades de adaptación a climas áridos, suelos secos y tolerancia a plagas y enfermedades. Reintroduciendo estos genes en el genoma de la berenjena cultivada hemos desarrollado un conjunto de materiales élite, que ponen a disposición de los investigadores y mejoradores nuevos recursos genéticos para la mejora genética de este cultivo. También hemos desarrollado un modelo experimental (Micro-Mel) a partir de materiales de introgresión con la especie S. anguivi. Este modelo consiste en una berenjena de tipo compacto y crecimiento determinado con floración y cuajado múltiple y puede ayudar a desarrollar experimentos rápidos, así como acelerar los ciclos generacionales en los proyectos de mejora. En otro segundo gran bloque de este trabajo, hemos desarrollado una serie de herramientas biotecnológicas que van a permitir desarrollar otro tipo de investigaciones para la adaptación al cambio climático en berenjena. En primer lugar, frente a la necesidad de un protocolo eficiente de regeneración in vitro para poder llevar a cabo experimentos de transformación y edición genética en la berenjena, se ha desarrollado con éxito un protocolo de alto rendimiento basado en el uso del ribósido de zeatina y que presenta una baja dependencia del factor genotipo. Como resultado derivado de este primer desarrollo, diseñamos otro protocolo para la obtención de organismos poliploides en berenjena sin la necesidad de utilizar agentes antimitóticos para la duplicación de su genoma. Empleando los distintos niveles de ploidía presente en algunos tejidos jóvenes (patrón polisomático) conseguimos desarrollar plantas tetraploides in vitro a través de la regeneración directa a partir de estas células, suponiendo una nueva vía hacia el desarrollo de plantas triploides sin semillas. Finalmente, la última herramienta de apoyo a la mejora de la berenjena que se ha desarrollado en esta tesis doctoral ha sido una herramienta basada en la inteligencia artificial para la identificación de estadios de desarrollo de las células precursoras del polen en retrocruces avanzados con especies silvestres. Con esto se ha conseguido optimizar los protocolos de androgénesis empleados para la producción de plantas dobles haploides, automatizando y haciendo más eficiente la selección de anteras con estadios inducibles y por tanto incrementando la tasa de plantas dobles haploid / [CA] L'albergínia (Solanum melongena) és una hortalissa molt important en moltes zones tropicals i subtropicals del món. És la tercera solanàcia més produïda en l'àmbit mundial, però malgrat la seua importància els recursos genètics i les ferramentes biotecnològiques per a la seua investigació no han sigut desenvolupades el suficient. Amb l'actual situació de canvi climàtic, moltes de les zones on es produeix aquest cultiu estan patint modificacions dramàtiques al seu ambient i climatologia. Açò ocasiona una reducció dels rendiments d'aquest cultiu que cada vegada es veu més afectat per l'aparició de noves malalties, plagues, males herbes, pèrdua de la fertilitat del sol, major prevalença de la sequera i salinitat, així com l'increment de les temperatures. L'albergínia es troba a una situació de vulnerabilitat davant aquests canvis debuts als efectes de l'erosió genètica ocasionats durant la seua domesticació i a la disponibilitat limitada de recursos genètics accessibles per a la seua millora genètica. En un primer gran bloc d'aquesta tesi, mitjançant l'ús d'espècies silvestres relacionades amb l'albergínia, s'ha iniciat el desenvolupament d'una col·lecció de línies de introgressió (ILs). Utilitzant tres espècies representants dels tres grups de germoplasma de l'albergínia (S. insanum del germoplasma primari, S. dasyphyllum del germoplasma secundari i S. elaeagnifolium del germoplasma terciari) s'ha ampliat el fons genètic d'aquest cultiu. Aquestes espècies, han sigut seleccionades per les seues extraordinàries capacitats d'adaptació a climes àrids, sòls secs i tolerància a plagues i malalties. Reintroduint aquests gens en el genoma de l'albergínia cultivada hem desenvolupat un conjunt de materials elit, que posen a la disposició dels investigadors i milloradors nous recursos genètics per a la millora genètica d'aquest cultiu. També hem desenvolupat un model experimental (Micro-Mel) a partir de materials de introgressió amb l'espècie S. anguivi. Aquest model consisteix en una albergínia de tipus compacte i creixement determinat amb floració i quallat múltiple i pot ajudar a desenvolupar experiments ràpids, així com accelerar els cicles generacionals en els projectes de millora. En un altre segon gran bloc d'aquest treball, hem desenvolupat una sèrie d'eines biotecnològiques que permetran desenvolupar un altre tipus d'investigacions per a l'adaptació al canvi climàtic en albergínia. En primer lloc, enfront de la necessitat d'un protocol eficient de regeneració in vitro per a poder dur a terme experiments de transformació i edició genètica en l'albergínia, s'ha desenvolupat amb èxit un protocol d'alt rendiment basat en l'ús del ribòsid de zeatina i que presenta una baixa dependència del factor genotip. Com a resultat derivat d'aquest primer desenvolupament, dissenyem un altre protocol per a l'obtenció d'organismes poliploids en albergínia sense la necessitat d'utilitzar agents antimitòtics per a la duplicació del seu genoma. Emprant els diferents nivells de ploidía present en alguns teixits joves (patró polisomàtic) aconseguim desenvolupar plantes tetraploids in vitro a través de la regeneració directa a partir d'aquestes cèl·lules, suposant una nova via cap al desenvolupament de plantes triploids sense llavors. Finalment, l'última eina de suport a la millora de l'albergínia que s'ha desenvolupat en aquesta tesi doctoral ha sigut una eina basada en la intel·ligència artificial per a la identificació d'estadis de desenvolupament de les cèl·lules precursores del pol·len en retrocreuaments avançats amb espècies silvestres. Amb això s'ha aconseguit optimitzar els protocols d'androgènesi emprats per a la producció de plantes dobles haploids, automatitzant i fent més eficient la selecció d'anteres amb estadis induïbles i per tant incrementant la taxa de plantes dobles haploids produïdes. / [EN] Eggplant (Solanum melongena) is a very important vegetable in many tropical and subtropical areas of the world. It is the third most produced Solanaceae in the world, but despite its importance, genetic resources and biotechnological tools for research have not been sufficiently developed. With the current climate change situation, many of the areas where this crop is produced are undergoing dramatic changes in the environment and the weather. This is causing a reduction in the yields of this crop that are increasingly affected by the appearance of new diseases, pests, weeds, loss of soil fertility, greater prevalence of drought and salinity, as well as the increase in temperatures. The eggplant is in a situation of vulnerability to these changes due to the genetic bottleneck effects that occurred during its domestication and the limited availability of accessible genetic resources for its genetic improvement. In a first large block of this thesis, using wild species related to eggplant, the development of a collection of introgression lines (ILs) has been started. Using three species representing the three groups of eggplant germplasm (S. insanum from primary germplasm, S. dasyphyllum from secondary germplasm and S. elaeagnifolium from tertiary germplasm) the genetic background of this crop has been expanded. These species have been selected for their extraordinary capacities to adapt to arid climates, dry soils and tolerance to pests and diseases. By reintroducing these genes into the genome of cultivated eggplant, we have developed a set of elite materials that make new genetic resources available to researchers and breeders for the genetic improvement of this crop. We have also developed an experimental model (Micro-Mel) from introgression materials with the species S. anguivi. This model consists of an eggplant of compact type and determined growth with multiple flowering and fruit set and can help to develop rapid experiments, as well as accelerate generational cycles in improvement projects. In another second large block of this work, we have developed a series of biotechnological tools that will allow the development of other types of research for adaptation to climate change in eggplant. In the first place, in view of the need for an efficient in vitro regeneration protocol to be able to carry out transformation and gene editing experiments in eggplant, a high-throughput protocol based on the use of zeatin riboside and which presents a low dependence on the genotype factor was developed. As a result, derived from this first development, we designed another protocol to obtain polyploid organisms in eggplant without the need to use antimitotic agents for the duplication of their genome. Using the different levels of ploidy present in some young tissues (polysomatic pattern) we managed to develop tetraploid plants in vitro through direct regeneration from these cells, assuming a new path towards the development of triploid seedless plants. Finally, the last tool to support the breeding of eggplant that has been developed in this doctoral thesis has been a tool based on artificial intelligence for the identification of stages of development of pollen precursor cells in advanced backcrosses with wild species. With this it has been possible to optimize the androgenesis protocols used to produce double haploid plants, automating, and making the selection of anthers with inducible stages more efficient and therefore increasing the rate of double haploid plants produced. / García Fortea, E. (2020). Desarrollo de materiales de pre-mejora y herramientas biotecnológicas para la adaptación de la berenjena al cambio climático [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160059 / TESIS / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La erosión genética provocada en los cultivos al primar producción sobre calidad ha derivado en pérdida de biodiversidad, lo que compromete la seguridad alimentaria mundial. Los agricultores, a través de un proceso histórico de selección, han ido diferenciando variedades tradicionales de cultivo que sonfuente de biodiversidad agrícola que además favorece el desarrollo de la economía local. Por este motivo, su recuperación, clasificación y cultivo son clave para la economía y futuro alimentario. La conservación de las variedades tradicionales requiere un conocimiento de las mismas a través de la descripción detallada de las características fenotípicas, agronómicas, y de calidad nutricional como valor añadido. La Comunitat Valenciana, cuenta con un extenso patrimonio hortícola constituido por una gran diversidad de variedades tradicionales de hortalizas. Estas son fruto de la adaptación a variadas condiciones agroclimáticas de la geografía valenciana, por un lado, y de la selección aplicada por los agricultores en cada localidad por otro. En este sentido, estas variedades tienen un gran valor como patrimonio etnobotánico y como tal deberían ser conservadas. Asimismo, en la actualidad, el cultivo y el consumo de las variedades tradicionales están creciendo, ya que son especialmente atractivas para los consumidores por su diversidad y su alta calidad nutracéutica. En este contexto, esta tesis doctoral se basa en la caracterización fenotípica y nutricional para valorizar las variedades tradicionales de la comunidad, correspondientes a los cultivos de pimiento, berenjena y lechuga, con la finalidad de promover su conservación y cultivo en las zonas de origen, e impulsando la diversidad. La caracterización morfológica de las variedades autóctonas ha sido objeto de numerosos estudios, necesarios porque proporcionan información sobre los caracteres fenotípicos diferenciadores, y contribuyen a optimizar los programas de mejora vegetal. En este sentido, la caracterización de las variedades hortícolas valencianas seleccionadas se realizó siguiendo las directrices del IBPGR. Además, en esta tesis doctoral se han realizado estudios sobre el valor nutracéutico de las tres variedades seleccionadas por ser uno de los principales intereses del consumidor. Por ello, el contenido de algunos compuestos bioactivos y antioxidantes (fenoles, flavonoides, antocianinas, ácido ascórbico, licopeno, carotenoides, clorofilas y la actividad antioxidante), azucares y minerales fueron monitoreados para establecer parámetros de calidad en las especies mencionadas. También se determinó los parámetros indicativos de estrés oxidativo, para establecer la capacidad de conservación de atributos físico-químicos de la lechuga en el ensayo de post-cosecha. / [CA] L'erosió genètica provocada en els cultius com a conseqüència de posar per davant producció sobre qualitat ha derivat en pèrdua de biodiversitat, fet que compromet la seguretat alimentària mundial. Els agricultors, a través d'un procés històric de selecció, han generat la diferenciació varietats tradicionals de cultiu que hui són font de biodiversitat agrícola. A més, s'afavoreix el desenvolupament de l'economia local. Per aquest motiu, la seva recuperació, classificació i cultiu són clau per a l'economia i el futur alimentari. La conservació de les varietats tradicionals requereix un coneixement de les mateixes mitjançant la descripció detallada de les seues característiques fenotípiques, agronòmiques, i de qualitat nutricional com a valor afegit. La Comunitat Valenciana compta amb un extens patrimoni hortícola constituït per una gran diversitat de varietats tradicionals d'hortalisses. Aquestes són fruit de l'adaptació a diverses condicions agroclimàtiques de la geografia valenciana, d'una banda, i de la selecció aplicada pels agricultors a cada localitat de l'altra. En aquest sentit, aquestes varietats tenen un gran valor com a patrimoni etnobotànic i com a tal haurien de ser conservades. Així mateix, actualment, el cultiu i el consum de les varietats tradicionals estan creixent, ja que són especialment atractives per als consumidors per la seua diversitat i la seua alta qualitat nutracèutica. En aquest context, aquesta tesi doctoral es basa en la caracterització fenotípica i nutricional per valoritzar les varietats tradicionals de la Ccomunitat, corresponents als cultius de pebre, albergínia i encisam, amb la finalitat de promoure'n la conservació i el cultiu a les zones d'origen, i impulsant la diversitat. La caracterització morfològica de les varietats autòctones ha estat objecte de nombrosos estudis, necessaris perquè proporcionen informació sobre els caràcters fenotípics diferenciadors, i contribueixen a optimitzar els programes de millora vegetal. En aquesta línia, la caracterització de les varietats hortícoles valencianes seleccionades es va fer seguint les directrius de l'IBPGR. A més, en aquesta tesi doctoral s'han fet estudis sobre el valor nutracèutic de les tres espècies seleccionades per ser un dels principals interessos del consumidor. Per això, el contingut d'alguns compostos bioactius i antioxidants (fenols, flavonoides, antocianinas, àcid ascòrbic, licopè, carotenoides, clorofil·les i l'activitat antioxidant), sucres i minerals van ser monitoritzats per establir paràmetres de qualitat a les espècies esmentades. També es van determinar els paràmetres indicatius d'estrès oxidatiu, per establir la capacitat de conservació d'atributs fisicoquímics de l'encisam a l'assaig de postcollita. / [EN] Genetic erosion in crops, gained from prioritising production over quality, has led to biodiversity loss, which compromises global food security. By a historic selection process, farmers have been differentiating traditional crop varieties, which are a source of agricultural biodiversity that also favours the development of local economy, which makes their recovery, classification and cultivation key for food economy and the future. The conservation of traditional varieties requires knowledge of them, obtained from a detailed description of their phenotypical, agronomic and nutritional quality characteristics as added value. The Valencian Community (east Spain) has extensive horticultural heritage that is made up of a high diversity of traditional vegetable varieties. These are the result of adapting to the varied agroclimate conditions of the Valencian geography: on the one hand, the selection applied by farmers to each locality; on the other hand, these varieties are very valuable as ethnobotanical heritage and should be preserved. Moreover, the cultivation and consumption of traditional varieties are currently growing because they are particularly appealing to consumers for their diversity and high nutraceutical quality. In this context, the present doctoral thesis is based on a phenotypical and nutritional characterisation to evaluate traditional varieties in the Valencian Community, which correspond to pepper, eggplant and lettuce crops, to promote their conservation and cultivation in areas of origin, and to boost diversity. The morphological characterisation of landraces has been the subject of many studies, which are necessary because they provide information about differentiating phenotypical characteristics and help to optimise plant-breeding programmes. The characterisation of the selected Valencian vegetable varieties was carried out following IBPGR guidelines. Furthermore, studies were conducted in this doctoral thesis into the nutraceutical value of the three selected crops because this value is one of the main consumer interests. The content of some bioactive compounds and antioxidants (phenols, flavonoids, anthocyanins, ascorbic acid, lycopene, carotenoids, chlorophylls, antioxidant activity), sugars and minerals were monitored to establish quality parameters in the aforementioned species. Parameters indicative of oxidative stress were also determined to establish the conservation capacity of the physico-chemical attributes of lettuce in the post-harvest test. / Martínez Ispizua, E. (2022). Rediscovering pepper, eggplant and lettuce landraces of the Valencian Community; an ancient resource with vast potential for the future [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191053 / Compendio

Tesis por compendio / Androgenesis induction is an experimental procedure by which microspores are diverted from their original gametophytic pathway towards embryogenesis by applying specific stresses in vitro. It allows for the production of doubled haploid (DH) pure lines through anther culture or isolated microspore culture followed by chromosome doubling. DH technology is interesting for both basic research and plant breeding. In this Thesis, we studied microspore embryogenesis with two parallel approaches: (I) an applied study directed to the development of the first eggplant (Solanum melongena) highly embryogenic line and the improvement of the efficiency of eggplant microspore cultures; and (II) a fundamental research study focused on the relationship between microspore embryogenesis ability, intracellular Ca2+ levels and the dynamics of callose and cellulose deposition for cell wall formation in microspore-derived structures, using rapeseed (Brassica napus) as a model species. As an applied research, we developed and evaluated an eggplant DH population from a commercial hybrid, and identified and characterized the first eggplant highly androgenic DH line (DH36), which may be used to facilitate the study of eggplant androgenesis and for both basic and applied research. In addition, we evaluated different factors involved in microspore embryogenesis induction efficiency in eggplant and optimized the regeneration protocol for DH production via microspore culture. Together, the applied research on eggplant microspore embryogenesis made in this Thesis resulted in the most efficient protocol existing to date for DH production in eggplant. As a fundamental research, we studied the dynamics of Ca2+ during in vivo microsporogenesis and microgametogenesis, as well as during the first stages of in vitro-induced microspore embryogenesis, establishing a link between microspore embryogenesis and changes in Ca2+ levels and subcellular distribution. In addition, we studied the deposition of callose and cellulose during the first stages of microspore embryogenesis and demonstrated that the abnormally increased callose deposition and the inhibition of cellulose deposition observed in embryogenic microspores is most likely caused by a transient increase in the intracellular Ca2+ levels that occurs right after microspore induction. We also found that this particular dynamics of callose and cellulose deposition is related to microspore embryogenesis ability, and is essential for proper progression and success of microspore embryogenesis. In summary, the research made in this Thesis helps to further understand the basis underlying microspore embryogenesis and cell totipotency, and to apply the powerful DH technology to an economically important crop such as eggplant. / La inducción de androgénesis es un procedimiento experimental en el cual las microsporas se desvían de su vía gametofítica original hacia embriogénesis, mediante la aplicación de estreses específicos in vitro. Este fenómeno permite la producción de líneas puras dobles haploides (DH) mediante cultivo de anteras o cultivo de microsporas aisladas seguidos de duplicación cromosómica. La tecnología DH es interesante tanto para la investigación básica como para su aplicación a la mejora genética vegetal. En esta Tesis se estudia la embriogénesis de microsporas y la obtención de DHs con dos enfoques paralelos: (I) un estudio aplicado dirigido al desarrollo de la primera línea de berenjena (Solanum melongena) con alta respuesta androgénica y a la mejora de la eficiencia de los cultivos de microsporas de berenjena; y (II) un estudio de investigación básica centrado en la relación entre la habilidad para la embriogénesis de microsporas, los niveles intracelulares de Ca2+ y la dinámica de la deposición de calosa y celulosa para la formación de paredes celulares en estructuras derivadas de microsporas, utilizando como especie modelo la colza (Brassica napus). Como investigación aplicada, se desarrolló y evaluó una población DH de berenjena a partir de un híbrido comercial, y se identificó y caracterizó la primera línea DH altamente androgénica de berenjena (DH36), que puede usarse para facilitar el estudio de la androgénesis en berenjena y para otros estudios aplicados o básicos. Además, se evaluaron diferentes factores implicados en la eficiencia de la inducción de embriogénesis de microsporas en berenjena, y se optimizó el protocolo de regeneración para la producción de DH mediante cultivo de microsporas. En conjunto, la investigación aplicada sobre la embriogénesis de microsporas realizada en esta Tesis proporciona el protocolo más eficiente existente hasta la fecha para la producción de DH en berenjena. Como investigación fundamental, se estudió la dinámica del Ca2+ durante la microsporogénesis y la microgametogénesis in vivo, así como durante las primeras etapas de la embriogénesis de microsporas inducida in vitro, y se estableció un vínculo entre la embriogénesis de microsporas y los cambios en el nivel y distribución intracelular de Ca2+. Además, se estudió la deposición de calosa y celulosa durante las primeras etapas de la embriogénesis de microsporas y se demostró que la excesiva deposición de calosa y la inhibición de la deposición de celulosa, exclusivas de las microsporas embriogénicas, están causadas por el aumento transitorio de Ca2+ intracelular que se produce justo tras la inducción. Hemos demostrado que esta particular dinámica de la deposición de calosa y celulosa está relacionada con la capacidad androgénica, y que es fundamental para la correcta progresión y éxito de la embriogénesis de microsporas. En resumen, la investigación realizada en esta Tesis ayuda a comprender mejor la base de la embriogénesis de microsporas y de la totipotencia celular, y a aplicar la potente tecnología DH a un cultivo económicamente importante como es la berenjena. / La inducció d'androgènesi és un procediment experimental en el qual les microspores es desvien de la seua via gametofítica original cap a un nou destí embriogènic, mitjançant l'aplicació d'estressos específics in vitro. Aquest fenomen permet la producció de línies pures dobles haploides (DH) mitjançant cultiu d'anteres o cultiu de microsporas aïllades seguits de duplicació cromosòmica. La tecnologia DH és interessant tant per a la recerca bàsica com per a la seua aplicació a la millora genètica vegetal. En aquesta Tesi s'estudia l'embriogènesi de microspores i l'obtenció de DHs amb dos enfocaments paral·lels: (I) un estudi aplicat dirigit al desenvolupament de la primera línia d'albergina (Solanum melongena) amb alta resposta androgènica i a la millora de l'eficiència dels cultius de microspores d'albergina; i (II) un estudi de recerca bàsica centrat en la relació entre la capacitat per a l'embriogènesi de microspores, els nivells intracel·lulars de Ca2+ i la dinàmica de la deposició de cal·losa i cel·lulosa per a la formació de parets cel·lulars en estructures derivades de microsporas, utilitzant com a espècie model la colza (Brassica napus). Com a recerca aplicada, es va desenvolupar i avaluar una població DH d'albergina a partir d'un híbrid comercial, i es va identificar i caracteritzar la primera línia DH altament androgènica d'albergina (DH36), que pot usar-se per a facilitar l'estudi de l'androgènesi en albergina i per a altres estudis aplicats o bàsics. A més, es van avaluar diferents factors implicats en l'eficiència de la inducció d'embriogènesi de microspores en albergina, i es va optimitzar el protocol de regeneració per a la producció de DH mitjançant cultiu de microspores. En conjunt, la recerca aplicada sobre l'embriogènesi de microspores realitzada en aquesta Tesi proporciona el protocol més eficient existent fins avui per a la producció de DH en albergina. Com a recerca fonamental, es va estudiar la dinàmica del Ca2+ durant la microsporogènesi i la microgametogènesi in vivo, així com durant les primeres etapes de l'embriogènesi de microspores induïda in vitro, i es va establir un vincle entre l'embriogènesi de microspores i els canvis en el nivell i distribució intracel·lular de Ca2+. A més, es va estudiar la deposició de cal·losa i cel·lulosa durant les primeres etapes de l'embriogènesi de microspores i es va demostrar que l'excessiva deposició de cal·losa i la inhibició de la deposició de cel·lulosa, exclusives de les microspores embriogèniques, estan causades per l'increment transitori del Ca2+ intracel·lular que es produeix just després de la inducció. Hem demostrat que aquesta particular dinàmica de la deposició de cal·losa i cel·lulosa està relacionada amb la capacitat androgènica, i que és fonamental per a la correcta progressió i èxit de l'embriogènesi de microspores. En resum, la recerca realitzada en aquesta Tesi ajuda a comprendre millor la base de l'embriogènesi de microspores i de la totipotència cel·lular, i a aplicar la potent tecnologia DH a un cultiu econòmicament important com és l'albergina. / Rivas Sendra, A. (2017). Calcium and cell wall dynamics during microspore embryogenesis and double haploid production in rapeseed and eggplant [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/85548 / TESIS / Compendio

[ES] El impacto del cambio climático en los cultivos hortícolas es cada vez más evidente, lo que ha llevado a la pérdida y erosión de diversidad genética de manera drástica. Esto plantea importantes desafíos para la mejora de los cultivos, que requiere la exploración de los recursos fitogenéticos conservados en los bancos de germoplasma y el desarrollo de tecnologías que permitan evaluar el valor fenotípico y genotípico de estos materiales. Sin embargo, la situación actual de las colecciones de germoplasma es la existencia de duplicados no identificados entre colecciones, errores en la clasificación taxonómica, documentación insuficiente y no disponible para investigadores y mejoradores, añadido a la falta de financiación para la conservación y gestión adecuadas. Esto dificulta enormemente la utilización de estos recursos. En la presente Tesis se aborda este problema comenzando por la unificación de datos de pasaporte, fenotipado e imágenes de las principales colecciones de tomate, pimiento y berenjena en un mismo repositorio en el primer capítulo. El segundo capítulo se centra en el desarrollo y optimización de un método de extracción de ADN genómico de alta calidad, rápido y económico que combina las ventajas del método de extracción basado en el CTAB, añadido a la purificación de los ácidos nucleicos en una matriz de sílice. Es un método universal que puede utilizarse para diferentes especies y tejidos. Se ha evaluado la eficiencia del ADN genómico resultante en diferentes plataformas de secuenciación como SPET (Single Primer Enrichment Technology) y Oxford Nanopore, generando resultados muy prometedores. Esto facilita el paso previo al genotipado de las colecciones que es la extracción de ADN. En el tercer capítulo se aborda el genotipado de las colecciones. El elevado número de accesiones de cada cultivo, en particular el tomate, supone un problema de tipo económico, en ocasiones irresoluble. Por ello, el tercer capítulo está orientado a la evaluación del potencial de la tecnología de secuenciación SPET, más económica que otras conocidas, para el genotipado de alto rendimiento de colecciones de germoplasma de tomate y berenjena. Los resultados revelan que el genotipado SPET es una tecnología robusta y de alto rendimiento para estudios genéticos, incluyendo la posibilidad de identificación de duplicados y errores de clasificación taxonómica en las entradas conservadas en los bancos. Con la información generada en los primeros tres capítulos se establecieron las colecciones nucleares para cada cultivo, abarcando la máxima diversidad genética y fenotípica en un conjunto de 450 individuos. Finalmente, en el cuarto capítulo, se analiza y describe la colección nuclear de tomate a nivel genético y fenotípico, mediante un enfoque basado en el establecimiento de grupos genéticos basados en su proximidad genética. El análisis de la diversidad genética y fenotípica reveló patrones de variación distintos entre diferentes grupos genéticos, contradiciendo afirmaciones anteriores que proponían una disminución en la diversidad genética como consecuencia de la mejora genética y descubriendo correlaciones entre rasgos morfológicos únicas dentro de los diferentes grupos. En resumen, esta tesis aumenta el conocimiento y accesibilidad a las colecciones de Solanaceae en bancos de germoplasma y proporciona herramientas moleculares. Destaca la importancia de estos bancos como reservorios de diversidad genética, aunque enfrenten desafíos como datos limitados y duplicados. Estos avances sientan las bases para la conservación y programas de mejora futuros. / [CA] L'impacte del canvi climàtic en els cultius hortícoles és cada vegada més evident, la qual cosa ha portat a la dràstica pèrdua i erosió de la diversitat genètica. La reduïda diversitat genètica planteja importants reptes per a la millora dels cultius. Sent necessari l'exploració dels recursos genètics vegetals conservats en els bancs de germoplasma i el desenvolupament de tecnologies que permeten avaluar el valor fenotípic i genotípic d'aquests materials. Pel que fa a les col·leccions de germoplasma presenten duplicats no identificats entre col·leccions, errors en la classificació taxonòmica, falta de finançament per a la conservació i gestió adequades a banda de documentació insuficient i no disponible (investigadors i milloradors vegetals). En la present tesi doctoral en el primer capítol s'aborda aquest problema unificant les dades de passaport, fenotipat i imatges de les principals col·leccions de tomaca, pebre i albergínia en un mateix repositori. El segon capítol es focalitza en el desenvolupament i optimització d'un mètode d'extracció de ADN genòmic d'alta qualitat, ràpid i econòmic que combina els avantatges del mètode d'extracció basat en el CTAB amb l'ús de matrius de sílice. El mètode desenvolupat pot utilitzar-se de manera universal per a diferents espècies i teixits vegetals. S'ha avaluat l'eficiència del ADN genòmic resultant en diferents plataformes de seqüenciació com SPET (Single Primer Enrichment Technology) i Oxford Nanopore, generant resultats molt prometedors. Això facilita el pas previ al genotipat de les col·leccions que és l'extracció d'ADN. En el tercer capítol aborda l'optimització del procés de genotipat de les col·leccions generades. L'elevat nombre d'accessions de cada cultiu, en particular la tomaca, suposa un problema de tipus econòmic, a vegades irresoluble. Per això, aquest capítol està orientat a l'avaluació del potencial de la tecnologia de seqüenciació SPET per al genotipat d'alt rendiment de col·leccions de germoplasma de tomaca i albergínia a un preu econòmic. Els resultats revelen que el genotipat SPET és una tecnologia robusta i d'alt rendiment per a estudis genètics, incloent-hi la possibilitat d'identificació de duplicats i errors de classificació taxonòmica en les entrades conservades en els bancs de germoplasma. La informació generada va permetre establir col·leccions nuclears per a cada cultiu, abastant la màxima diversitat genètica i fenotípica en un conjunt de 450 individus. Finalment, en el quart capítol, s'analitza i descrigué la col·lecció nuclear de tomaca a nivell genètic i fenotípic, focalitzant-se en l'establiment de grups genètics basats en la seua proximitat genètica. L'anàlisi de la diversitat genètica i fenotípica va revelar patrons de variació diferents entre diferents grups genètics, contradient afirmacions anteriors que proposaven una disminució en la diversitat genètica a conseqüència de la millora genètica. També és descobriren noves correlacions entre trets morfològics únics dins dels diferents grups. L'estudi destaca la importància d'abordar les iniciatives de millora de la tomaca tenint en compte tant la diversitat genètica com la fenotípica, amb especial èmfasi en aspectes com la grandària, la forma, el color i la qualitat del fruit. En definitiva, els treballs realitzats en aquesta tesi doctoral augmenten, d'una banda, el coneixement i l'accessibilitat a les principals col·leccions de solanàcies conservades en els bancs de germoplasma. Per un altre, generen eines moleculars que permeten l' avaluació genotípica de les col·leccions analizades. En resum, aquests avanços suposen una base per al futur, proporcionant informació valuosa per a la pròpia conservació de les col·leccions i el seu ús en programes de millora. / [EN] The impact of climate change on horticultural crops is increasingly evident, leading to drastic loss and erosion of genetic diversity. This poses significant challenges for crop improvement, which requires the exploration of plant genetic resources conserved in germplasm banks and the development of technologies. However, the current situation of germplasm collections is characterized by the existence of unidentified duplicates among collections, taxonomic mislabelling, insufficient and unavailable documentation for researchers and breeders, and a lack of funding for proper conservation and management. This greatly hampers the utilization of these resources. This thesis addresses this problem by starting with the unification of passport, phenotyping, and image data from the main collections of tomato, pepper, and eggplant. Genotyping these collections enables the creation of core collections, enhancing knowledge of genotypic and phenotypic variability for researchers and breeders. In the first chapter, an inventory of available passport and phenotypic data of tomato, pepper, and eggplant accessions conserved in major European and non-European germplasm banks were conducted to improve the efficiency of plant genetic resource management. The second chapter focuses on the development and optimization of a high-quality, fast, and cost-effective genomic DNA extraction method that combines the advantages of the CTAB-based extraction method with nucleic acid purification on a silica matrix. The efficiency of the resulting genomic DNA was evaluated on different sequencing platforms, such as Single Primer Enrichment Technology (SPET) and Oxford Nanopore, yielding promising results. This facilitates the prerequisite step of DNA extraction before genotyping the collections. Chapter three addresses the genotyping of the collections. The high number of accessions for each crop, particularly tomato, poses an often insurmountable economic problem. Therefore, chapter three is focused on evaluating the potential of SPET sequencing technology, which is more cost-effective than other known methods, for high-throughput genotyping of tomato and eggplant germplasm collections. The results reveal that SPET genotyping is a robust and high-performance technology for genetic studies, including the identification of duplicates and taxonomic misclassifications in the accessions stored in the germplasm banks. Based on the information generated in the first three chapters, core collections were established for each crop, encompassing maximum genetic and phenotypic diversity in a set of 450 individuals. Finally, in the fourth chapter, the genetic and phenotypic analysis of the tomato core collection is examined and described using an approach based on establishing genetic groups based on their genetic proximity. Genetic and phenotypic diversity analysis revealed distinct patterns of variation among different genetic groups, contradicting previous claims of a decrease in genetic diversity due to genetic improvement and uncovering unique correlations between morphological traits within different groups. The study highlights the importance of considering both genetic and phenotypic diversity in tomato breeding initiatives, with a particular emphasis on aspects such as fruit size, shape, color, and quality. In conclusion, this thesis enhances knowledge and accessibility to major Solanaceae collections in germplasm banks, while providing molecular tools for genotypic evaluation. It underscores germplasm banks' role as genetic diversity reservoirs, despite challenges such as data limitations and inaccuracies, emphasizing the importance of data standardization and maintenance. These advancements lay a foundation for conservation and breeding programs in the future. / This work was supported by grants CIPROM/2021/020 from Conselleria d’Innovació, Universitats, Ciència i Societat Digital (Generalitat Valenciana, Spain), PID2021-128148OB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ and by “ERDF A way of making Europe”, PDC2022-133513-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033/, and by “European Union NextGenerationEU/PRTR”, by Grant Agreement No. 677379 (G2P-SOL project: Linking genetic resources, genomes and phenotypes of Solanaceous crops) from European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme, by the Grant Agreement No. 101094738 (PRO-GRACE project: Promoting a Plant Genetic Resource Community for Europe) from the European Union’s Horizon Europe programme, as well as by the initiative "Adapting Agriculture to Climate Change: Collecting, Protecting and Preparing Crop Wild Relatives", which is supported by the Government of Norway. This later project is managed by the Global Crop Diversity Trust with the Millennium Seed Bank of the Royal Botanic Gardens, Kew and implemented in partnership with national and international gene banks and plant breeding institutes around the world. For further information, see the project website: htp://www.cwrdiversity.org/. The overall work also partially fulfils some goals of the Agritech National Research Center and received funding from the European Union Next-Generation EU (PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA (PNRR)–MISSIONE 4 COMPONENTE 2, INVESTIMENTO 1.4—D.D. 1032 17/06/2022, CN00000022). David Alonso is grateful to Universitat Politècnica de València for a predoctoral (PAID-01-16) / Alonso Martín, D. (2023). Linking Genetic Resources, Genomes and Phenotypes of Solanaceus Crops [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201550

Tesis por compendio / [ES] En la presente tesis doctoral nos hemos centrado en estudiar la variabilidad y aportar nuevos recursos útiles para la mejora de la calidad nutricional y organoléptica de los frutos de tomate, berenjena y pimiento, adaptando los cultivos a menores aportes de nitrógeno (N). Para lograr este propósito, llevamos a cabo una caracterización exhaustiva de la composición de los frutos, junto con importantes rasgos agronómicos, de un conjunto de recursos genéticos escasamente explorados hasta la fecha. En el primer capítulo de esta tesis, se llevó a cabo una caracterización exhaustiva de 36 compuestos y parámetros de composición del fruto, que incluían azúcares, ácidos orgánicos, antioxidantes y minerales, en un conjunto de 10 accesiones por cultivo de tomate, pimiento y berenjena, cultivados en las mismas condiciones y prácticas ecológicas. Los resultados mostraron un perfil de composición considerablemente distinto entre las tres especies, principalmente en el perfil antioxidante. Además, se encontró una gran variabilidad dentro de cada especie, lo cual es de interés para la selección de variedades con mejores perfiles nutricionales y organolépticos. En el segundo capítulo de esta tesis, se abordó la caracterización de un conjunto de líneas de introgresión (ILs) de berenjena con Solanum incanum L. como parental donante. El uso de las ILs en la mejora de la berenjena requiere asegurar que los niveles de glicoalcaloides del fruto están por debajo de los límites de seguridad. En un ensayo en dos ambientes, evaluamos 25 rasgos de composición del fruto, incluyendo composición proximal, azúcares, ácidos, compuestos fenólicos, glicoalcaloides y minerales en un conjunto de 16 ILs de berenjena con S. incanum, junto con los padres recurrente y donante, y el híbrido. Los resultados mostraron que los frutos producidos por las ILs eran seguros para el consumo, con una composición similar a la del parental recurrente. También evaluamos un conjunto de 10 de estas ILs, junto con el parental recurrente S. melongena, bajo dos dosis de fertilización de N suministradas con el sistema de riego (8.25 mM de NH4NO3 añadido al agua de riego, y ningún suministro de N externo al agua de riego). Aunque se produjo una limitación significativa en el crecimiento de la planta, en la distribución de N y C, en la carga de frutos y en la materia seca como respuesta a la minimización de los aportes de N, las ILs alcanzaron, en promedio, rendimientos finales similares bajo ambos tratamientos de N, así como produjeron frutos con similar morfología, peso y contenido en compuestos fenólicos. Estos resultados potencian las ILs como materiales de mejora útiles para la adaptación de la berenjena a bajos aportes de N. Gracias a la disponibilidad del genotipado de las ILs de berenjena, las investigaciones realizadas con esta población permitieron identificar varios QTLs asociados a caracteres morfo-agronómicos y de composición del fruto, lo que proporciona nueva información relevante para ampliar el conocimiento genético de la berenjena. En el último capítulo se presenta la primera evaluación de parámetros de calidad de fruto y rendimiento de una colección de 44 variedades del tomate resiliente 'de penjar' bajo dos niveles de fertilización de N (162 kg N ha-1 y 49 kg N ha-1). Se observó una gran variación. La reducción de los aportes de N tuvo un efecto significativo en el hue, cuya media aumentó ligeramente, y en los compuestos y parámetros relacionados con el dulzor, cuya media disminuyó en un 11-16%, mientras que el rendimiento y la mayoría de los rasgos de calidad no se vieron afectados. Estos son resultados prometedores que promueven la conservación del tomate 'de penjar' y a su utilización en programas de mejora. En definitiva, creemos que estos trabajos proporcionarán nuevos recursos fenómicos y genómicos útiles para futuros programas de mejora de las hortalizas de la familia Solanaceae. / [CAT] En la present tesi doctoral ens hem centrat en estudiar la variabilitat i aportar nous recursos útils per a la millora de la qualitat nutricional i organolèptica dels fruits de tomaca, albergínia i pimentó, adaptant els cultius a menors aportacions de nitrogen (N). Per a aconseguir aquest propòsit, duem a terme una caracterització exhaustiva de la composició dels fruits, juntament amb importants trets agronòmics, d'un conjunt de recursos genètics escassament explorats fins hui. En el primer capítol d'aquesta tesi, es va dur a terme una caracterització exhaustiva de 36 compostos i paràmetres de composició del fruit, que incloïen sucres, àcids orgànics, antioxidants i minerals, en un conjunt de 10 accessions per cultiu de tomaca, pimentó i albergínia, cultivats en les mateixes condicions i pràctiques ecològiques. Els resultats van mostrar un perfil de composició considerablement diferent entre les tres espècies, principalment en el perfil antioxidant. A més, es va trobar una gran variabilitat dins de cada espècie, la qual cosa és d'interés per a la selecció de varietats amb millors perfils nutricionals i organolèptics. En el segon capítol d'aquesta tesi, es va abordar la caracterització d'un conjunt de línies de introgressió (ILs) d'albergínia amb Solanum incanum L. com a parental donant. L'ús de les ILs en la millora de l'albergínia requereix assegurar que els nivells de glucoalcaloides del fruit estan per davall dels límits de seguretat. En un assaig en dos ambients, avaluem 25 trets de composició del fruit, incloent composició proximal, sucres, àcids, compostos fenòlics, glucoalcaloides i minerals en un conjunt de 16 ILs d'albergínia amb S. incanum, juntament amb els pares recurrent i donant, i l'híbrid. Els resultats van mostrar que els fruits produïts per les ILs eren segurs per al consum, amb una composició similar a la del parental recurrent. També avaluem un conjunt de 10 d'aquestes ILs, juntament amb el parental recurrent S. melongena, sota dues dosis de fertilització de N subministrades amb el sistema de reg (8.25 mM de NH4NO3 afegit a l'aigua de reg, i cap subministrament de N extern a l'aigua de reg). Encara que es va produir una limitació significativa en el creixement de la planta, en la distribució de N i C, en la càrrega de fruits i en la matèria seca com a resposta a la minimització de les aportacions de N, les ILs van aconseguir, en mitjana, rendiments finals similars sota tots dos tractaments de N, així com van produir fruits amb similar morfologia, pes i contingut en compostos fenòlics. Aquests resultats potencien les ILs com a materials de millora útils per a l'adaptació de l'albergínia a baixes aportacions de N. Gràcies a la disponibilitat del genotipat de les ILs d'albergínia, les investigacions realitzades amb aquesta població van permetre identificar diversos QTLs associats a caràcters morf-agronòmics i de composició del fruit, la qual cosa proporciona nova informació rellevant per a ampliar el coneixement genètic de l'albergínia. En l'últim capítol es presenta la primera avaluació de paràmetres de qualitat de fruit i rendiment d'una col·lecció de 44 varietats de la tomaca resilient 'de penjar' sota dos nivells de fertilització de N (162 kg N ha-1 i 49 kg N ha-1). Es va observar una gran variació. La reducció de les aportacions de N va tindre un efecte significatiu en el hue, la mitjana del qual va augmentar lleugerament, i en els compostos i paràmetres relacionats amb la dolçor, la mitjana de la qual va disminuir en un 11-16%, mentre que el rendiment i la majoria dels trets de qualitat no es van veure afectats. Aquests són resultats prometedors que promouen la conservació de la tomaca 'de penjar' i a la seua utilització en programes de millora. En definitiva, creiem que aquests treballs proporcionaran nous recursos fenòmics i genòmics útils per a futurs programes de millora de les hortalisses de la família Solanaceae. / [EN] In the present doctoral thesis, we have focused on studying the variability and providing new useful resources for the improvement of the nutritional and organoleptic quality of tomato, eggplant and pepper fruits, adapting crops to lower nitrogen (N) inputs. To achieve this purpose, we carried out a comprehensive characterization of fruit composition, together with important agronomic traits, of a set of genetic resources scarcely explored up to date. In the first chapter of this thesis, a comprehensive characterization of 36 compounds and fruit compositional parameters, including sugars, organic acids, antioxidants and minerals, was carried out on a set of 10 accessions per cultivar of tomato, pepper and eggplant, grown under the same organic farming practices. The results showed a considerably different composition profile among the three species, mainly in the antioxidant profile. In addition, a great variability was found within each species, which is of interest for the selection of varieties with better nutritional and organoleptic profiles. In the second chapter of this thesis, the characterization of a set of eggplant introgression lines (ILs) with Solanum incanum L. as the donor parent was addressed. The use of ILs in eggplant breeding requires ensuring that fruit glycoalkaloid levels are below safety limits. In a two-environment trial, we evaluated 25 fruit compositional traits, including proximal composition, sugars, acids, phenolic compounds, glycoalkaloids, and minerals in a set of 16 eggplant ILs with S. incanum, along with the recurrent and donor parents, and the hybrid. The results showed that the fruits produced by the ILs were safe for consumption, with a composition similar to that of the recurrent parent. We also evaluated a set of 10 of these ILs, along with the recurrent parent S. melongena, under two doses of N fertilization supplied with the irrigation system (8.25 mM NH4NO3 added to the irrigation water, and no external N supply to the irrigation water). Although there was a significant limitation in plant growth, N and C distribution, fruit load and dry matter in response to minimized N inputs, the ILs achieved, on average, similar final yields under both N treatments, as well as produced fruits with similar morphology, weight and phenolic content. These results enhance ILs as useful breeding materials for the adaptation of eggplant to low N inputs. Thanks to the availability of genotyping of eggplant ILs, the investigations carried out using this population enabled the identification of several QTLs associated with morpho-agronomic and fruit composition traits, providing new relevant information to expand the genetic knowledge of eggplant. The last chapter presents the first evaluation of fruit quality and yield parameters of a collection of 44 varieties of the resilient tomato 'de penjar' under two levels of N fertilization (162 kg N ha-1 and 49 kg N ha-1). A large variation was observed. Reduced N inputs had a significant effect on hue, whose mean increased slightly, and on sweetness-related compounds and parameters, whose mean decreased by 11-16%, while yield and most quality traits were unaffected. These are promising results that promote the conservation of the 'de penjar' tomato and its use in breeding programs. Ultimately, we believe that this work will provide new phenomic and genomic resources useful for future breeding programs of vegetables of the Solanaceae family. / Elena Rosa Martínez is grateful to the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO) for a pre-doctoral grant (no. BES-2016-077482), which has funded the doctoral thesis presented herein. This predoctoral grant is part of the research project “Mejora genética de la calidad funcional y aparente de la berenjena”, which has been funded by the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad and the European Regional Development Fund (MINECO/FEDER) under grant no. AGL2015- 64755-R. The work presented in this thesis was also undertaken as part of the initiative “Adapting Agriculture to Climate Change: Collecting, Protecting and Preparing Crop Wild Relatives” (http://www.cwrdiversity.org/), which is supported by the Government of Norway and managed by the Global Crop Diversity Trust with the Millennium Seed Bank of the Royal Botanic Gardens, Kew; as part of three European projects, namely, G2PSOL (“Linking genetic resources, genomes and phenotypes of Solanaceous crops”) and BRESOV (“Breeding for resilient, efficient and sustainable organic vegetable production”), which have been funded by the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under grant agreements no. 677379 and no. 77424, respectively, and SOLNUE (“Tomato and eggplant nitrogen utilization efficiency in Mediterranean environments”), in the framework of the H2020 call SusCrop-ERA-Net; ID#47, which has been funded by the Spanish Agencia Estatal de Investigación under grant agreement no. PCI2019-103375; and finally as part of the national project “Las variedades tradicionales de tomate para el desarrollo de una horticultura biodiversa y sostenible en un contexto de cambio climático”, funded by Generalitat Valenciana (Conselleria d’Innovació, Universitats, Ciència I Societat Digital) under grant agreement no. AICO/2020/042. / Rosa Martínez, E. (2022). Characterization and Enhancement of Genetic Resources for the Improvement of Nutritional and Organoleptic Quality in Solanaceae Vegetable Crops [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182169 / TESIS / Compendio

[ES] Los viroides, genomas mínimos de RNA circular no codificante, monocatenarios y muy estructurados, parasitan factores celulares de las plantas para replicarse autónomamente, establecer infecciones sistémicas y usualmente causar enfermedades. Los de la familia Avsunviroidae se replican y acumulan en cloroplastos por un mecanismo de círculo rodante simétrico. Una RNA polimerasa cloroplástica produce concatémeros lineales de polaridad complementaria que son reducidos a monómeros por las ribozimas de cabeza de martillo (HHR) del concatémero. Producen extremos 5'-hidroxilo y 2',3'-fosfodiéster cíclico, que la isoforma cloroplástica de la tRNA ligasa convierte en enlaces 5',3'-fosfodiéster intramoleculares, generando viroides circulares de polaridad complementaria que pueden entrar en otra ronda de transcripción, simétrica a ésta. En esta Tesis se han analizado las secuencias y estructuras viroidales esenciales para su circularización, usando como modelo el viroide latente de berenjena (ELVd), que induce infecciones asintomáticas en berenjena. Expresamos en Escherichia coli precursores del ELVd(+) lineales flanqueados por dos copias de su HHR. Su procesamiento genera monómeros con los extremos adecuados para la ligación por la tRNA ligasa de la berenjena, que es coexpresada. Mutaciones puntuales y deleciones en el sitio nativo de ligación sugieren que solo el dominio HHR es esencial para la circularización. La conservación de la secuencia y estructura de la HHR con las del sustrato natural del enzima (los tRNAs) nos hacen proponer que la HHR del ELVd secuestra la ligasa mimetizando las características generales del bucle anticodón de los tRNAs. Este sistema de expresión permite también producir RNAs recombinantes, insertándolos en una posición particular del RNA del ELVd. Las quimeras son procesadas por las HHRs flanqueantes y sus extremos ligados por la tRNA ligasa. El andamiaje viroidal circular, compacto y posiblemente asociado a la ligasa, permite aumentar la vida media del RNA de interés y su acumulación en la bacteria. En esta Tesis adaptamos el sistema para producir RNAs de doble cadena (dsRNAs) que desencadenen interferencia por RNA (RNAi), un mecanismo de defensa y regulación génica eucariota basado en la complementariedad de bases entre RNAs. dsRNAs complementarios a genes endógenos reducen los niveles de sus transcritos y generan fenotipos de pérdida de función. Los insectos pueden tomar dsRNAs del ambiente, internalizarlos en sus células y distribuirlos sistémicamente, haciendo al RNAi una estrategia prometedora para el control de plagas. Para producir dsRNAs, separamos las repeticiones invertidas del gen diana que genera la horquilla con el cDNA de un intrón autocatalítico del grupo I de Tetrahymena thermophila, aumentando la estabilidad de los plásmidos de expresión. El intrón es eliminado tras la transcripción, resultando en una molécula viroidal de la que protruye el dsRNA de interés. Flanquear las repeticiones invertidas con una copia adicional permutada del intrón permite separar el ELVd del producto final, un dsRNA circular cerrado en ambos lados por pequeños bucles. Ambas moléculas poseen actividad reguladora: las quimeras viroide-dsRNA con homología al gen de la unión septada suave 1 del gusano de la raíz del maíz (Diabrotica virgifera virgifera) exhiben actividad insecticida oral contra las larvas similar a la de horquillas sintetizadas in vitro, y los dsRNAs circulares sin andamiaje viroidal homólogos al gen de la ATPasa vacuolar (subunidad A) y la proteína ribosomal S13 silencian eficientemente estos genes en adultos de la mosca del Mediterráneo (Ceratitis capitata); este caso es de especial relevancia al ser la primera demostración del RNAi para el control de esta plaga. En conclusión, a pesar de su limitada relevancia agrícola, el ELVd es útil para investigar la biología molecular de la familia Avsunviroidae y una poderosa herramienta biotecnológica en combinación con el sistema de expresión en E. coli. / [CA] Els viroides, genomes mínims d'RNA circular no codificant, monocatenaris i molt estructurats, parasiten factors cel·lulars de les plantes per a replicar-se autònomament, establir infeccions sistèmiques i usualment causar malalties. Els de la família Avsunviroidae es repliquen i acumulen en cloroplasts per un mecanisme de cercle rodant simètric. Una RNA polimerasa cloroplàstica produeix concatèmers lineals de polaritat complementària que són reduïts a monòmers per els ribozims de cap de martell (HHR) del concatèmer. Produeixen extrems 5'-hidroxil i 2',3'-fosfodièster cíclic, que la isoforma cloroplàstica de la tRNA lligasa converteix en enllaços 5',3'-fosfodièster intramoleculars, generant viroides circulars de polaritat complementària que poden entrar en una nova ronda de transcripció, simètrica a la primera. En aquesta Tesi s'han analitzat les seqüències i estructures viroidals essencials per a la seua circularització, emprant com a model el viroide latent d'albergínia (ELVd), que indueix infeccions asimptomàtiques en albergínia. Expressem en Escherichia coli precursors de l'ELVd(+) lineals flanquejats per dos còpies del seu HHR. El seu processament produeix monòmers amb els extrems apropiats per a la lligació mediada per la tRNA ligasa de l'albergínia, que és coexpressada. Mutacions puntuals i delecions en el lloc nadiu de lligació suggereixen que només el domini HHR és essencial per a la circularització. La conservació de la seqüència i estructura del HHR amb les del substrat natural de l'enzim (els tRNAs) ens fan proposar que el HHR de l'ELVd segresta la lligasa mimetitzant les característiques generals del bucle anticodó dels tRNAs. Aquest sistema d'expressió també permet produir RNAs recombinants, inserint-los en una posició particular de l'RNA de l'ELVd. Les quimeres són processades pels HHR flanquejants i els seus extrems lligats per la tRNA lligasa. L'RNA viroïdal circular, compacte i possiblement associat a la lligasa, permet augmentar la vida mitjana de l'RNA d'interés i la seua acumulació en els bacteris. En aquesta Tesi adaptem el sistema per a produir RNAs de doble cadena (dsRNAs) que desencadenen interferència per RNA (RNAi), un mecanisme de defensa i regulació gènica eucariota basat en la complementarietat de bases entre RNAs. dsRNAs complementaris a gens endògens redueixen els nivells dels seus transcrits i generen fenotips de pèrdua de funció. Els insectes poden prendre dsRNAs de l'ambient, internalitzar-los en les seues cèl·lules i distribuir-los sistèmicament, fent a l'RNAi una estratègia prometedora en el control de plagues. Per a produir dsRNAs, separem les repeticions invertides del gen diana que genera la forqueta amb el cDNA d'un intró autocatalític del grup I de Tetrahymena thermophila, augmentant l'estabilitat dels plasmidis d'expressió. L'intró és eliminat després de la transcripció, resultant en una molècula viroïdal de la qual protrueix el dsRNA d'interés. Flanquejar les repeticions invertides amb una còpia addicional permutada de l'intró permet separar l'ELVd del producte final, un dsRNA circular tancat als dos costats per xicotets bucles. Els dos tipus de molècules posseeixen activitat reguladora: les quimeres viroide-dsRNA amb homologia al gen de la unió septada suau 1 del cuc de l'arrel de la dacsa (Diabrotica virgifera virgifera) exhibeixen activitat insecticida oral contra les larves similar a la de forquetes sintetitzades in vitro, i els dsRNAs circulars sense l'RNA viroïdal homòlegs al gen de la ATPasa vacuolar (subunitat A) i la proteïna ribosomal S13 silencien eficientment aquests gens en adults de la mosca del Mediterrani (Ceratitis capitata); aquest cas és d'especial rellevància perquè és la primera demostració de l'RNAi per al control d'aquesta plaga. En conclusió, malgrat la seua limitada rellevància agrícola l'ELVd és útil per a investigar la biologia molecular de la família Avsunviroidae i una poderosa ferramenta biotecnològica en combinació amb el sistema d'expressió en E. coli. / [EN] Viroids, minimal genomes of non-coding circular RNA, single-stranded and highly structured, parasitize plant cellular factors to replicate autonomously, establish systemic infections, and typically cause disease. Those of the family Avsunviroidae replicate and accumulate in chloroplasts by a symmetrical rolling circle mechanism. A chloroplast RNA polymerase produces linear concatemers of complementary polarity that are reduced to monomers by the hammerhead ribozymes (HHR) of the concatemer. They produce 5'-hydroxyl and 2',3'-cyclic phosphodiester ends, which the chloroplastic isoform of tRNA ligase converts to intramolecular 5',3'-phosphodiester bonds, generating circular viroids of complementary polarity that can enter another round of transcription, symmetric to the first one. In this Thesis, the viroid sequences and structures essential for its circularization have been analyzed, using as a model the eggplant latent viroid (ELVd), which induces asymptomatic infections in eggplant. We expressed in Escherichia coli linear ELVd(+) precursors flanked by two copies of its HHR. Its processing generates monomers with suitable ends for ligation by the eggplant tRNA ligase, which is co-expressed. Point mutations and deletions at the wild-type ligation site suggest that only the HHR domain is essential for circularization. The conservation of the sequence and structure of the HHR with those of the natural substrate of the enzyme (the tRNAs) lead us to propose that the HHR of the ELVd hijacks the ligase, mimicking the general characteristics of the anticodon loop of the tRNAs. This expression system also allows the production of recombinant RNAs, inserting them into a particular position of the ELVd RNA. Chimeras are processed by flanking HHRs and their ends ligated by the tRNA ligase. The compact, circular viroidal scaffold, possibly associated with the ligase, allows increasing the half-life of the RNA of interest and its accumulation in the bacteria. In this Thesis we adapt the system to produce double-stranded RNAs (dsRNAs) that trigger RNA interference (RNAi), a eukaryotic gene regulation and defense mechanism based on base complementarity between RNAs. dsRNAs complementary to endogenous genes reduce the levels of their transcripts and generate loss-of-function phenotypes. Insects can take dsRNAs from the environment, internalize them into cells, and distribute them systemically, making RNAi a promising pest control strategy. To produce dsRNAs, we separated the inverted repeats of the target gene that generates the hairpin with the cDNA of a group-I autocatalytic intron from Tetrahymena thermophila, increasing the stability of the expression plasmids. The intron is removed after transcription, resulting in a viroidal molecule from which the dsRNA of interest protrudes. Flanking the inverted repeats with an additional copy of the intron in a permuted form allows the ELVd molecule to be separated from the final product, a circular dsRNA molecule capped on both sides by small loops. Both molecules have regulatory activity: the viroid-dsRNA chimeras with homology to the smooth septate junction 1 gene of the corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) exhibit oral insecticidal activity against larvae similar to that of in vitro synthesized hairpins, and the circular dsRNAs without the viroid scaffold homologous to the vacuolar ATPase (subunit A) and ribosomal protein S13 genes efficiently silence those genes in adult Medfly (Ceratitis capitata); this case is of special relevance as it is the first demonstration of RNAi for the control of this pest. In conclusion, despite its limited agricultural relevance, the ELVd is useful for investigating the molecular biology of the Avsunviroidae family and a powerful biotechnological tool in combination with the E. coli expression system. / This work was supported by the Ministerio de Ciencia e Innovación (Spain; co-financed by the European Regional Development Fund) [BIO2017-83184-R] and [BIO2017‐ 91865‐EXP]; Universitat Politècnica de València [PAID-01-17]. We acknowledge support of the publication fee by the CSIC Open Access Publication Support Initiative through its Unit of Information Resources for Research (URICI). / Ortolá Navarro, B. (2023). Heterologous expression of circular RNAs in Escherichia coli for analyzing the ligation process of chloroplastic viroids and producing double-stranded RNAs with insecticidal activity [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192635