El tomate es uno de los cultivos más populares y con un consumo más extendido en todo el mundo. Durante los últimos años se ha convertido en un sistema modelo para los estudios de cuajado y desarrollo del fruto el cual es un proceso clave en el ciclo de vida de las plantas. Actualmente se han producido numerosos avances en el conocimiento de las bases moleculares del proceso de maduración del fruto de tomate (revisado en Seymour y col. 2013). Sin embargo, es poco lo que se sabe de los procesos de desarrollo temprano del ovario y de cuajado del fruto aunque desde el punto de vista agronómico tienen gran importancia en el producto final. En el laboratorio se han venido desarrollando herramientas para el estudio de la fructificación. El principal objetivo de este proyecto de TESIS es la identificación y análisis funcional de nuevos genes implicados en el desarrollo temprano del ovario y en el cuajado del fruto de tomate. Para ello se han planteado dos aproximaciones: una aproximación genómica que pretende analizar los cambios globales a nivel de expresión que tienen lugar durante el desarrollo autónomo del ovario que tiene lugar en plantas androestériles de tomate generadas en el laboratorio. El segundo abordaje es genético y en él se caracterizará genética y molecularmente un mutante de tomate con desarrollo partenocárpico de frutos. La identificación y análisis funcional de nuevos genes involucrados en la fructificación en tomate proporcionará información necesaria del control genético del procesos de fructificación en plantas con frutos carnosos. Además, la modificación de la expresión de estos genes permitirá en el futuro abordajes biotecnológicos dirigidos que proporcionen un mayor control sobre el proceso de fructificación y sobre la calidad de los productos obtenidos. / Rojas Gracia, P. (2014). Identificación de genes que regulan el desarrollo del ovario y el cuajado del fruto de tomate (Solanum lycopersicum L.) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/43768

La tasa de cuajado es un factor determinante en la producción de un cultivar. Este proceso, regulado en gran medida por señales hormonales, representa la primera etapa del desarrollo de un fruto y depende del éxito de la polinización y de la fecundación. A pesar de su importancia agronómica, los mecanismos moleculares que regulan el proceso del cuajado del fruto son aún desconocidos. La identificación y caracterización de mutantes afectados en la tasa de cuajado es una de las mejores estrategias para lograr este propósito. En este trabajo de investigación hemos abordado la caracterización de tres mutantes insercionales de tomate afectados en la tasa de cuajado de fruto. Dos de estos mutantes, Lower fruit setting 2084 y 2448 (Lfs2084 y Lfs2448), identificados en el contexto de esta Tesis Doctoral, exhiben menor tasa de cuajado de fruto y presentan un patrón de herencia autosómica dominante. La caracterización de ambas mutaciones ha permitido descubrir que están asociadas a un fenómeno de letalidad del gameto masculino. La mutación Lfs2084 promueve la degeneración de los granos de polen que portan el inserto, pero también afecta al desarrollo reproductivo del ovario, lo que reduce de forma dramática la tasa de cuajado de fruto. El análisis del contenido endógeno de hormonas de este mutante parece indicar una alteración de la ruta del 2C-metil-Deritrol 4-fosfato (MEP), responsable de la síntesis de fitohormonas, pigmentos fotosintéticos y moléculas de defensa. Los menores contenidos de GA1 en Lfs2084, la giberelina activa más importante en el inicio del desarrollo del fruto de tomate, podrían estar asociados con una mayor actividad del enzima catabólico SlGA2ox2. Estos resultados, junto con los cambios en los perfiles de expresión de SlARF7 y TAG1, son coherentes con el fenotipo de menor tasa de cuajado observado en el mutante. La mutación Lfs2448 también promueve la degeneración de los granos de polen portadores del inserto, reduciendo en gran medida la cantidad de tubos polínicos que progresan a lo largo del estilo durante el proceso de polinización. Su caracterización molecular ha indicado que el fenotipo de Lfs2448 podría estar ocasionado por la alteración de la función de uno o dos genes que codifican proteínas CYP450 y que se expresan mayoritariamente en botones florales y frutos de 1 cm. Los resultados sugieren que la mutación desempeña un relevante papel en el desarrollo reproductivo de tomate, afectando al proceso de polinización y al cuajado de fruto. Además, la caracterización del mutante Arlequín (Alq) ha revelado alteraciones en su programa de desarrollo vegetativo y reproductivo. Respecto al desarrollo vegetativo, Alq promueve un patrón de crecimiento más vigoroso que el que exhiben las líneas hermanas que carecen de la mutación, así como cambios en la configuración espacial del desarrollo radicular. Con relación al desarrollo reproductivo, Alq conduce a un mayor cuajado de fruto como consecuencia de eventos de división celular en el pericarpio del ovario previos al proceso de polinización. Un aspecto esencial desde un punto de vista agronómico es que la mayor tasa de cuajado permite que Alq mantenga la producción de fruto en condiciones de moderada salinidad. / Fruit setting rate is one of the most determining factors in the yield of a cultivar. This process, largely regulated by hormonal signals, is the first stage of fruit development and depends on the successful completion of pollination and fertilization. Despite their agronomic importance, the molecular mechanisms regulating the fruit setting process are still unknown. The identification and characterization of mutations affecting fruit set rate is one of the best strategies to achieve this purpose. In this research work the characterization of three tomato insertional mutants altered in the fruit set rate has been addressed. Two of these mutants, Lower fruit setting 2084 y 2448 (Lfs2084 and Lfs2448), identified in the context of this Doctoral Thesis, exhibit decreased fruit set rate and present an autosomal dominant inheritance pattern. The characterization of both mutations allowed us to discover that they are associated with a phenomenon of lethality of the male gametes carrying the T-DNA insert. The Lfs2084 mutation not only promotes degeneration of pollen grains bearing the T-DNA, but also affects the reproductive development of the ovary, dramatically reducing the fruit set rate. Analysis of the endogenous hormone content of this mutant suggests an alteration of the 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (MEP) pathway, responsible for the synthesis of phytohormones, photosynthetic pigments and plant defence molecules. The lower GA1 content in Lfs2084 mutant, the main active form to induce fruit development, may be associated with increased activity of the SlGA2ox2 catabolic enzyme. These results, together with the changes in the expression profiles of both SlARF7 and TAG1 genes, are consistent with the phenotype of lower fruit set rate. The Lfs2448 mutation also promotes degeneration of the pollen grains carrying the T-DNA, largely reducing the number of pollen tubes that progress along the style during the pollination process. Its molecular characterization indicated that the Lfs2448 mutant phenotype could be caused by the functional alteration of one or two genes that encode CYP450 proteins mostly expressed in floral buds and young fruits. Results suggest that the tagged gene plays an important role in tomato reproductive development, affecting both normal pollination and fruit set process. Furthermore, the characterization of the Arlequín (Alq) mutant revealed alterations in its vegetative and reproductive developmental program. As regards vegetative development, Alq mutation promotes a more vigorous growth pattern, as well as changes in the spatial configuration of root system. Regarding reproductive development, Alq mutation leads to increased fruit set as a consequence of cell division events in the ovary pericarp prior to the pollination process. Finally, it should be noted that, thanks to its higher fruit set rate, the Arlequin mutant is capable of maintaining fruit production in moderate salinity conditions, which is of great importance from an agronomic point of view. / La taxa de quallat és un factor determinant en la producció d`un cultivar. Aquest procés, regulat en gran mesura per senyals hormonals, representa la primera etapa del desenvolupament d¿un fruit i depén de l¿èxit de la pol·linització i de la fecundació. A pesar de la seua importància agronòmica, els mecanismes moleculars que regulen el procés de quallat són encara desconeguts. La identificació i caracterització de mutants afectats en la taxa de quallat és una de les millors estratègies per aconseguir aquest propòsit. En aquest treball d¿investigació hem abordat la caracterització de tres mutants insercionals de tomaca afectats en la taxa de quallat de fruit. Dos d¿aquests mutants, Lower fruit setting 2084 i 2448 (Lfs2084 i Lfs2448), identificats en el context d¿aquesta Tesi Doctoral, exhibixen una menor taxa de quallat de fruit i presenten un patró d¿herència autosòmica dominant. La caracterització d¿ambdós mutacions ha permés descobrir que es troben associades a un fenomen de letalitat del gàmeta masculí. La mutació Lfs2084 promou la degeneració dels grans de pol·len que porten l¿insert, però també afecta el desenvolupament reproductiu de l¿ovari, la qual cosa reduïx de forma dramàtica la taxa de quallat de fruit. L¿anàl·lisi del contingut endogen d¿hormones d¿aquest mutant pareix indicar una alteració de la ruta 2C-metil-Deritrol 4-fosfato (MEP), responsable de la síntesi de fitohormones, pigments fotosintètics i molècules de defensa. Els menors continguts de GA1 en Lfs2084, la gibberel·lina activa més important a l'inici del desenvolupament del fruit de tomaca, podrien estar associats amb una major activitat de l¿enzim catabòlic SlGA2ox2. Aquests resultats, juntament amb els canvis en els perfils d¿expressió de SlARF7 i TAG1, són coherents amb el fenotip de menor taxa de quallat observat en el mutant. La mutació Lfs2448 també promou la degeneració dels grans de pol·len portadors de l¿insert, reduint en gran mesura la quantitat de tubs pol·línics que progressen al llarg de l¿estil durant el procés de pol·linització. La seua caracterització molecular ha indicat que el fenotip de Lfs2448 podria estar ocasionat per una alteració de la funció d¿un o dos gens que codifiquen proteïnes CYP450 i que s'expressen majoritàriament en botons florals i fruits d¿un centímetre. Els resultats suggerixen que la mutació té una funció important en el desenvolupament reproductiu de la tomaca, afectant el procés normal de pol·linització i el quallat de fruit. A més, la caracterització del mutant Arlequín (Alq) ha revelat alteracions en el seu programa de desenvolupament vegetatiu i reproductiu. Pel que fa al desenvolupament vegetatiu, Alq promou un patró d¿expressió més vigorós que el que exhibixen les línies germanes que no porten la mutació, així com canvis en la configuració espacial del desenvolupament radicular. Quant al desenvolupament reproductiu, Alq conduïx a un major quallat de fruit com a conseqüència d¿events de divisió cel·lulars en el pericarp de l¿ovari previs al procés de pol·linització. Un aspecte essencial des d¿un punt de vista agronòmic és que la major taxa de quallat pemet que Alq mantinga la producció de fruit en condicions de moderada salinitat. / Ribelles Alfonso, C. (2018). IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MUTANTES DE TOMATE RELACIONADOS CON EL CUAJADO DEPENDIENTE E INDEPENDIENTE DE POLINIZACIÓN [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/111833

Tesis por compendio / [ES] En la actualidad, los estreses abióticos son una de las principales limitaciones en la producción agraria y seguridad alimentaria. La búsqueda de estrategias para conseguir una mejor tolerancia a los estreses abióticos es un objetivo de gran interés a nivel mundial, especialmente frente al estrés supra-térmico teniendo en cuenta el escenario de calentamiento global en el cual nos encontramos. Un modo de sortear los estreses ambientales, bajo el prisma de un manejo integrado o ecológico del cultivo, es la utilización de plantas injertadas como estrategia de adaptación. En pimiento, cultivo de gran importancia económica en nuestro país, la menor utilización de la técnica del injerto es debida a la inexistencia de patrones con suficiente adaptabilidad a condiciones de estrés abiótico. En este sentido, el equipo de investigación mixto entre la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), el cual engloba esta tesis doctoral, ha sido capaz de seleccionar diferentes accesiones e híbridos de pimiento, entre ellos el híbrido NIBER®, que utilizados como portainjertos han obtenido buenos resultados en término de rendimiento en condiciones de estrés hídrico y salino, y generar información respecto a los diferentes mecanismos fisiológicos y moleculares responsables de dicha tolerancia. Sin embargo, hasta la fecha, la información sigue siendo limitada en diferentes sentidos: no se ha estudiado en profundidad el efecto del injerto a las altas temperaturas; no se ha profundizado en el estudio de los mecanismos de tolerancia del portainjerto NIBER® frente al estrés hídrico causado por un riego deficitario controlado; y por último, ningún estudio se ha centrado en analizar los efectos del propio injerto sobre el rendimiento y calidad de los frutos de variedades tradicionales de pimiento. En este sentido, los objetivos que se han planteado en esta tesis doctoral han sido: I) evaluación fisiológica y agronómica de la tolerancia al estrés supra-térmico de accesiones de Capsicum annuum L. utilizadas como portainjertos; II) estudio de los mecanismos fisiológicos que subyacen en el comportamiento de portainjertos tolerantes a estrés supra-térmico; III) estudio de las bases del comportamiento agronómico y fisiológico de portainjertos de pimiento tolerantes a estrés hídrico en condiciones controladas de riego deficitario; IV) evaluación agronómica y de la calidad del fruto de variedades tradicionales de pimiento injertadas sobre patrones tolerantes a estreses abióticos. En esta tesis doctoral, por un lado, hemos sido capaces de seleccionar accesiones de pimiento, especialmente A57, que utilizadas como portainjertos confieren a la variedad injertada cierto grado de tolerancia al estrés térmico por altas temperaturas. También hemos podido comprobar que estos portainjertos tolerantes permiten a la variedad generar respuestas adaptativas a los efectos negativos de este estrés mediante la modificación de su comportamiento fisiológico, disminuyendo la fuga de electrolitos y la acumulación de H2O2, y aumentando el contenido de clorofilas y carotenoides en las hojas. Esta respuesta fisiológica observada en las hojas resulta en una mejor adaptación fisiológica en su fase reproductiva, mejorando el contenido de prolina en las anteras y la viabilidad de los granos de polen, incrementando con ello el cuajado de frutos y en consecuencia el rendimiento comercial. Por otro lado, hemos visto que la tolerancia al estrés hídrico conferida por el portainjerto NIBER® es consecuencia de una modificación fisiológica que permite mantener los niveles de fotosíntesis con una adecuada eficiencia en el uso del agua, resultando en un mayor rendimiento comercial. En este sentido, el uso de la estrategia de riego deficitario combinada con el uso de portainjertos tolerantes al estrés hídrico y con un mayor desarrollo radical, como es el caso del NIBER®, puede considerarse útil para reducir el consumo de agua, amortiguando lo / [CA] En l'actualitat, els estressos abiòtics són una de les principals limitacions en la producció agrària i seguretat alimentària. La cerca d'estratègies per a aconseguir una millor tolerància als estressos abiòtics és un objectiu de gran interés a nivell mundial, especialment davant de l'estrés supra-tèrmic tenint en compte l'escenari de calfament global en el qual ens trobem. Una manera de sortejar els estressos ambientals, sota el prisma d'un maneig integrat o ecològic del cultiu, és la utilització de plantes empeltades com a estratègia d'adaptació. En pimentó, cultiu de gran importància econòmica al nostre país, la menor utilització de la tècnica de l'empelt és deguda a la inexistència de patrons amb suficient adaptabilitat a condicions d'estrés abiòtic. En aquest sentit, l'equip d'investigació mixt entre la Universitat Politècnica de València (UPV) i l'Institut Valencià d'Investigacions Agràries (IVIA), el qual engloba aquesta tesi doctoral, ha sigut capaç de seleccionar diferents accessions e híbrids de pimentó, entre ells l'híbrid NIBER®, que utilitzats com portaempelts han obtingut bons resultats en terme de rendiment en condicions d'estrés hídric i salí, i generar informació respecte als diferents mecanismes fisiològics i moleculars responsables d'aquesta tolerància. No obstant això, fins hui, la informació continua sent limitada en diferents sentits: no s'ha estudiat en profunditat l'efecte de l'empelt a les altes temperatures; no s'ha aprofundit en l'estudi dels mecanismes de tolerància del portaempelt NIBER® enfront de l'estrés hídric causat per un reg deficitari controlat; i finalment, cap estudi s'ha centrat en estudiar els efectes del propi empelt sobre el rendiment i qualitat dels fruits de varietats tradicionals de pimentó. En aquest sentit, els objectius que s'han plantejat en aquesta tesi doctoral han sigut: I) avaluació fisiològica i agronòmica de la tolerància a l'estrés supra-tèrmic d'accessions de Capsicum annuum L. utilitzades com portaempelts; II) estudi dels mecanismes fisiològics que subjauen en el comportament de portaempelts tolerants a estrés supra-tèrmic; III) estudi de les bases del comportament agronòmic i fisiològic de portaempelts de pimentó tolerants a estrés hídric en condicions controlades de reg deficitari; IV) avaluació agronòmica i de la qualitat del fruit de varietats tradicionals de pimentó empeltades sobre patrons tolerants a estressos abiòtics. En aquesta tesi doctoral, d'una banda, hem sigut capaços de seleccionar accessions de pimentó, especialment A57, que utilitzades com portaempelts confereixen a la varietat empeltada un cert grau de tolerància a l'estrés tèrmic per altes temperatures. També hem pogut comprovar que aquests portaempelts tolerants permeten a la varietat generar respostes adaptatives als efectes negatius d'aquest estrés mitjançant la modificació del seu comportament fisiològic, disminuint la fugida d'electròlits i l'acumulació de H2O2, i augmentant el contingut de clorofil·les i carotenoides en les fulles. Aquesta resposta fisiològica observada en les fulles resulta en una millor adaptació fisiològica en la seua fase reproductiva, millorant el contingut de prolina en les anteres i la viabilitat dels grans de pol·len, incrementant amb això el quallat de fruits i en conseqüència el rendiment comercial. D'altra banda, la tolerància a l'estrés hídric conferida pel portaempelt NIBER® és conseqüència d'una modificació fisiològica que permet mantenir els nivells de fotosíntesi amb una adequada eficiència en l'ús de l'aigua, resultant en un major rendiment comercial. En aquest sentit, l'ús de l'estratègia de reg deficitari combinada amb l'ús de portaempelts tolerants a l'estrés hídric i amb un major desenvolupament radical, com és el cas del NIBER®, pot considerar-se útil per a reduir el consum d'aigua, esmorteint els efectes negatius de l'estrés sobre el rendiment, degut principalment a la menor incidència de BER. Finalment, hem sigut capaços de constatar que l'ús de portaem / [EN] Currently, abiotic stresses are one of the main limitations in agricultural production and food security. The search for strategies to achieve a better tolerance to abiotic stresses is an objective of great interest worldwide, especially in the face of supra-thermal stress, considering the global warming scenario in which we find ourselves. One way to overcome environmental stresses, under the prism of an integrated or ecological management of the crop, is the use of grafted plants as an adaptation strategy. In pepper, a crop of great economic importance in our country, the lesser use of the grafting technique is due to the lack of rootstocks with sufficient adaptability to abiotic stress conditions. In this sense, the mixed research team between Universitat Politècnica de València (UPV) and Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), which includes this doctoral thesis, has been able to select different pepper accessions and hybrids, including the NIBER® hybrid, which used as rootstocks have obtained good results in terms of yield under conditions of water and saline stress, and generate information regarding the different physiological and molecular mechanisms responsible for said tolerance. However, to date, the information remains limited in different ways: the effect of grafting at high temperatures has not been studied in depth; the study of the tolerance mechanisms of the NIBER® rootstock against water stress caused by controlled deficit irrigation has not been studied in depth; and finally, no study has focused on analyzing the effects of the graft itself on the yield and quality of the fruits of traditional pepper varieties. In this sense, the objectives that have been set in this doctoral thesis have been: I) physiological and agronomic evaluation of the tolerance to supra-thermal stress of accessions of Capsicum annuum L. used as rootstocks; II) study of the physiological mechanisms that underlie the behavior of rootstocks tolerant to supra-thermal stress; III) study of the bases of the agronomic and physiological behavior of pepper rootstocks tolerant to water stress under controlled conditions of deficit irrigation; IV) agronomic and fruit quality evaluation of traditional pepper varieties grafted on rootstocks tolerant to abiotic stresses. In this doctoral thesis, on the one hand, we have been able to select pepper accessions, especially A57, which, when used as rootstocks, give the grafted variety a certain degree of tolerance to thermal stress from high temperatures. We have also been able to verify that these tolerant rootstocks allow the variety to generate adaptive responses to the negative effects of this stress by modifying its physiological behavior, decreasing electrolyte leakage and H2O2 accumulation, and increasing the content of chlorophylls and carotenoids in the leaves. This physiological response observed in the leaves results in a better physiological adaptation in its reproductive phase, improving the proline content in the anthers and the viability of pollen grains, thereby increasing fruit set and consequently commercial yield. On the other hand, the tolerance to water stress conferred by the NIBER® rootstock is the consequence of a physiological modification that allows maintaining photosynthesis levels with an adequate water use efficiency, resulting in a higher commercial yield. In this sense, the use of the deficit irrigation strategy combined with the use of tolerant rootstocks to water stress and with greater root development, as is the case of NIBER®, can be considered useful to reduce water consumption, cushioning the negative stress effects on yield, mainly due to the lower incidence of blossom-end rot (BER). Finally, we have been able to verify that the use of tolerant rootstocks to abiotic stresses, such as NIBER®, in traditional pepper varieties could be a useful technique to improve the yield and commercial quality of this crop, mainly by reducing the incidence of BER, / Esta tesis doctoral ha sido realizada gracias a la financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN/AEI/10.13039/501100011033) mediante los proyectos RTA-2017- 00030-C02 y PID2020-118824RR-C2, y a la financiación del Ministerio de Universidades a través de un contrato predoctoral FPU (FPU18/00564) / Gisbert Mullor, R. (2023). Análisis de la variabilidad genética del género Capsicum frente a estreses abióticos para su uso como portainjertos. Estudio de los mecanismos fisiológicos de tolerancia, del comportamiento agronómico y de la calidad del fruto [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196652 / Compendio