La presente investigación consiste en una contribución al desarrollo de metodologías que amplían la aplicabilidad de los Sistemas de Información Geográfica (SIG), la teledetección y las bases de datos al análisis territorial. Específicamente se centra en el análisis de la interacción suelo-paisaje en el proceso de avance de la frontera agrícola producto de esta relación. La humanidad transforma y modifica las coberturas del suelo y amplía el área de acción hacia un entorno con suelos marginales productivos causando erosión y degradación. En el presente estudio se analizaron los cambios de uso y cobertura y los procesos relacionados con la erosión eólica entre 1975 y 2015. La investigación se lleva a cabo en los partidos de Villarino y Patagones en el sur de la provincia de Buenos Aires, Argentina. A pesar de la fragilidad de esta región determinada por las condiciones climáticas, el tipo de suelo y la actividad del hombre, la principal actividad productiva es el cultivo de cereales (principalmente trigo) y pastos para el ganado. La sostenibilidad futura de este uso agrícola está condicionada por el mal uso y manejo del suelo con escasas medidas de conservación. En este contexto, uno de los principales resultados de la investigación es la integración de la información a través de un SIG, desarrollado a una escala semi-detallada para todo el territorio de estudio, con el fin de determinar las posibles áreas vulnerables a degradarse y predecir futuros progresos y cambios potenciales de la frontera agrícola. Además, establece la estructura sobre la cual desarrollar base de datos espaciales con información de suelo más detallada. Otras aportaciones se obtienen del conjunto de metodologías, basadas en el análisis y la clasificación multitemporal de imágenes satelitales y la preparación de Modelos Digitales de Elevación (DEM). Toda esta información se gestiona desde un SIG que permite combinar variables y crear nuevas alternativas cartográficas que conduzcan al análisis de procesos de degradación del suelo y predicción de futuros cambios en el uso y coberturas del suelo. La aplicación de estas metodologías al área de estudio ha confirmado la importante influencia de la acción antrópica en la aceleración de los actuales procesos de degradación del suelo. La investigación reafirma la importancia de combinar técnicas de campo y de laboratorio con métodos de teledetección para la adquisición de datos, formando una verdadera relevamiento regional integrado que contribuye significativamente al conocimiento de los procesos de erosión y degradación del suelo. Además estas técnicas permiten modelar el paisaje para una predicción de los posibles escenarios futuros de los diferentes cambios de utilidad y cubiertas del suelo que conducen a generar áreas de mayor vulnerabilidad a degradarse. / The present research consists of a contribution to the development of methodologies that extend the applicability of Geographic Information Systems (GIS), remote sensing and databases to territory analysis; specifically soil-landscape interaction in the process of the agricultural frontier advancing product of this relationship. Mankind transforms and modifies the coverings of the soil and expands the area of action towards an environ with productive marginality soils causing both erosion and degradation. In the present study were analyzed the use and coverage changes and the processes related to wind erosion from 1975 to 2015. The research is carried out in Villarino and Patagones parties in the south of Buenos Aires province, Argentina. Even though the fragility of this region due to climatic conditions, soil type and farmers land management the main productive activity is the cultivation of cereals (mainly wheat) and pastures for livestock. Although future sustainability of this agricultural use is conditioned due to the misuse and soil management with a few or none conservation. In this context one of the main results of the research is the integration of the information through GIS, developed at a semi-detailed scale of the entire study territory, in order to determine possible degradation of vulnerable areas and to predict future potential progress and changes in the agricultural frontier. Moreover it establish the structure on which to develop spatial databases with more detailed soil information. Other contributions are obtained from the set of methodologies, based on the analysis and multitemporal classification of satellite images and the preparation of Digital Elevation Models (DEM). All this information is managed from a GIS that allows to combine variables and to create new cartographable alternatives leading to the analysis of processes of soil degradation and prediction of future changes in the use and coverings of soil. The application of these methodologies to the study area has confirmed the important influence of anthropic action in the acceleration of current soil degradation processes. The research confirms the importance of combining field and laboratory techniques with remote sensing methods for data acquisition, forming a real integrated regional survey that makes a significant contribution to the knowledge of soil erosion and degradation processes. Furthermore these techniques allow the modeling of the landscape for a prediction of the possible future scenarios of the different changes of utility and coverings of soil that lead to generate areas of greater vulnerability to be degraded.

La desertificació és un problema de degradació de sòls de gran importància en regions àrides, semi-àrides i sub-humides, amb serioses conseqüències ambientals, socials i econòmiques com a resultat de l'impacte d'activitats humanes en combinació amb condicions físiques i medi ambientals desfavorables (UNEP, 1994).L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser el desenvolupament d'una metodologia simple per tal de poder avaluar de forma precisa l'estat i l'evolució de la desertificació a escala local, a través de la creació d'un model anomenat sistema d'indicators de desertificació (DIS). En aquest mateix context, un dels dos objectius específics d'aquesta recerca es va centrar en l'estudi dels factors més importants de degradació de sòls a escala de parcel.la, comportant un extens treball de camp, analisi de laboratori i la corresponent interpretació i discussió dels resultats obtinguts. El segon objectiu específic es va basar en el desenvolupament i aplicació del DIS.L'àrea d'estudi seleccionada va ser la conca de la Serra de Rodes, un ambient típic Mediterràni inclòs en el Parc Natural del Cap de Creus, NE Espanya, el qual ha estat progressivament abandonat pels agricultors durant el segle passat. Actualment, els incendis forestals així com el canvi d'ús del sòl i especialment l'abandonament de terres són considerats els problemes ambientals més importants a l'àrea d'estudi (Dunjó et al., 2003).En primer lloc, es va realitzar l'estudi dels processos i causes de la degradació dels sòls a l'àrea d'interés. En base a aquest coneixement, es va dur a terme la identificació i selecció dels indicadors de desertificació més rellevants. Finalment, els indicadors de desertificació seleccionats a escala de conca, incloent l'erosió del sòl i l'escolament superficial, es van integrar en un model espaial de procés.Ja que el sòl és considerat el principal indicador dels processos d'erosió, segons la FAO/UNEP/UNESCO (1979), tant el paisatge original així com els dos escenaris d'ús del sòl desenvolupats, un centrat en el cas hipotétic del pas d'un incendi forestal, i l'altre un paisatge completament cultivat, poden ser ambients classificats sota baixa o moderada degradació. En comparació amb l'escenari original, els dos escenaris creats van revelar uns valors més elevats d'erosió i escolament superficial, i en particular l'escenari cultivat. Per tant, aquests dos hipotètic escenaris no semblen ser una alternativa sostenible vàlida als processos de degradació que es donen a l'àrea d'estudi. No obstant, un ampli ventall d'escenaris alternatius poden ser desenvolupats amb el DIS, tinguent en compte les polítiques d'especial interés per la regió de manera que puguin contribuir a determinar les conseqüències potencials de desertificació derivades d'aquestes polítiques aplicades en aquest escenari tan complexe espaialment.En conclusió, el model desenvolupat sembla ser un sistema força acurat per la identificació de riscs presents i futurs, així com per programar efectivament mesures per combatre la desertificació a escala de conca. No obstant, aquesta primera versió del model presenta varies limitacions i la necessitat de realitzar més recerca en cas de voler desenvolupar una versió futura i millor del DIS. / The aim of this research was to develop a simple methodology for precisely appraising the status and trends of desertification in a semi-arid Mediterranean catchment, through a so-called desertification indicator system (DIS).The assessment of land degradation processes at plot scale was conducted through the monitoring of runoff-erosion microplots. As a result, a set of variables such as soil erosion, soil organic matter and vegetation cover, were identified as the most important factors for soil quality in the target area, and some of these were applied as inputs in the DIS model, accounting for their relevance not only at the plot but also at catchment scale. Regarding the parameter sensitivity of the DIS model, the saturated hydraulic conductivity as well as the erodability factor were identified as the most sensitive variables, whereas the soil-b parameter and also the vegetation cover and the slope angle were revealed as those affecting soil erosion and overland flow the least. Likewise, the model showed greater sensitivity to the dry than to the normal or wet rainfall scenarios. From the results of a plot scale model validation exercise it may be concluded that the behaviour of runoff and erosion at plot scale is somewhat different to that at the landscape scale: a scaling problem. At the plot scale, soil erosion was greatly overestimated by the model in the least vegetated environments and especially under cultivated olive trees, whilst it was slightly underestimated in the most vegetated ones (e.g. dense cork trees). The same pattern was found for overland flow, although measured and modelled runoff data were in the same order of magnitude and so errors were smaller than for erosion. Nevertheless, results may be considered significant in terms of which land uses are the most and least potentially degraded and in this way, the model fulfils its objective as a desertification support tool as it identifies the patterns of change expected, if not the magnitudes. The model would need to be more complex, have better and more input data and a regional scale validation if the magnitudes were to be predicted reliably.Since soil loss is considered the main indicator of soil erosion processes, according to FAO/UNEP/UNESCO (1979), the original landscape as well as the two developed scenarios, one related to a hypothetical landscape after a wildfire and another to a completely cultivated landscape, may be classified as being under low to moderate land degradation. In comparison to the original scenario, both developed scenarios were revealed to have higher soil erosion and runoff rates, especially the cultivated scenario. Hence, these two scenarios seem not to be a sustainable alternative to land degradation processes in the study area. However, a wide range of alternative scenarios may be developed with the DIS model, based on policies of particular relevance to the region and which help to determine the potential desertification consequences of these policies in this spatially complex landscape.

Tesis por compendio / [ES] La polilla guatemalteca de la papa, Tecia solanivora, es una plaga invasora originaria de Guatemala desde donde se extendió a lo largo de Centro y Sudamérica, llegando a las Islas Canarias en 1999, y alcanzando la España peninsular en 2015. Si bien en la península Ibérica se encuentra en proceso avanzado de erradicación, en el archipiélago canario ya se ha establecido y se asume que su erradicación no es posible. El manejo de Tecia solanivora es muy complejo debido a que pasa la mayor parte de su ciclo biológico bajo el suelo, protegida en el interior del tubérculo, quedando completamente expuesta solo la polilla adulta. Para la gestión de la plaga se aplican habitualmente medidas culturales durante el ciclo vegetativo, que se combinan con el uso de trampas de feromonas, contribuyendo estas medidas a reducir pérdidas en la cosecha, no obstante, estas siguen siendo económicamente inaceptables. Además, existe una carencia de productos fitosanitarios suficientemente eficaces en campo y la ausencia de productos autorizados para su uso en almacenes. De no ejecutar ninguna estrategia de gestión de la plaga, las pérdidas en las cosechas pueden alcanzar alrededor del 50% en campo y del 100% en almacén. En este contexto, la búsqueda de enemigos naturales para la gestión integrada de la plaga ha cobrado especial relevancia. Particularmente, son interesantes los organismos oófagos, como los estudiados en el presente trabajo, los parasitoides de huevos, Trichogramma achaeae, Trichogramma euproctidis y el ácaro depredador Blattisocius tarsalis, que permiten eliminar la plaga antes que se produzca la eclosión de los huevos, hecho que resulta trascendental, dado que una vez se produce la emergencia de la larva, esta migra hacia el interior del suelo y penetra en los tubérculos resultando muy difícil su eliminación. Por lo tanto, estos agentes de biocontrol eliminan la plaga antes de que las patatas resulten dañadas. En el presente trabajo se aplicó una metodología para realizar un proceso de evaluación para ambas especies de Trichogramma con el objetivo de seleccionar la mejor en tres contextos, laboratorio, semicampo y semialmacén y el ácaro depredador bajo condiciones de laboratorio, semialmacén y almacén. Los resultados revelaron que si bien, T. euproctidis mostró muy buen potencial en los estudios preliminares de laboratorio tanto para condiciones de campo como de almacén, los experimentos de semicampo y semialmacén indicaron que no es un buen agente de control biológico para Tecia solanivora debido a su escasa capacidad para localizar sus huevos. En contraposición, T. achaeae, aunque mostró una eficacia más baja en condiciones de laboratorio, dio resultados prometedores en condiciones de semicampo. Estos resultados confirman la importancia de probar los agentes de biocontrol en condiciones de semicampo o semialmacén antes de dar el paso a condiciones de campo o almacén, dado que basarse solo en resultados positivos de laboratorio podría llevar decisiones incorrectas y una perdida innecesaria de esfuerzos y recursos. En el caso de B. tarsalis, se obtuvieron resultados óptimos en todas las etapas de selección, por lo que fue probado en almacén experimental donde se mostró como un buen agente de control de la polilla guatemalteca de la papa. En este sentido, se deberán continuar las investigaciones a fin de mejorar las liberaciones (densidades y número), y evaluar su uso en otros sistemas de almacenaje. Finalmente, se requerirá un estudio de su viabilidad económica teniendo en cuenta el coste de la cría masiva. Es importante señalar que el uso de agentes de control biológico, como el parasitoide T. achaeae y el ácaro B. tarsalis serán solo dos de las herramientas disponibles para el control integrado de la plaga. En condiciones de campo, las medidas culturales y el trampeo deben mantenerse para reducir las poblaciones de adultos y las puestas de huevos. Así mismo, en almacén las inspecciones visuales y el cribado de patatas infestadas / [CA] L'arna guatemalenca de la creïlla, Tecia solanivora és una plaga invasora originària de Guatemala des d'on es va disseminar al llarg de Centre i Sud-amèrica, arribant a les Illes Canàries el 1999 I alcançant l'Espanya peninsular el 2015. Tot i que en la península Ibèrica es troba en procés avançat d'erradicació, en l'arxipèlag canari ja s'ha establit i es considera que l'erradicació no és possible. La gestió de Tecia solanivora es molt complexa degut a que pasa la major part del cicle vital davall del sòl, refugiada en l'interior del tubèrcle, només la fase adulta está completament exposta. Per al maneig de la plaga, habitualment s'apliquen mesures culturals durant tot el cicle vegetatiu, que es combinen amb l'ús de paranys de feromones, contribuint les esmentades mesures a reduir pèrdues en la collita. Tanmateix, estes continuen sent econòmicament inassumibles. A més ens trobem amb una carència de productes fitosanitaris per al camp prou eficaços i amb l'absència de productes autoritzats en l'àmbit dels magatzems. De portar-se a terme cap estratègia de gestió de la plaga, les pèrdues en la collita poden suposar al voltant del 50% al camp i del 100% als magatzems. En este context, la recerca d'enemics naturals per a la gestió integrada de la plaga ha cobrat especial rellevància. Particularment, són interessants els organismes oòfags, com els estudiats en el present treball, els parasitoides Trichogramma achaeae, Trichogramma euproctidis i l'àcar depredador Blattisocius tarsalis, que permeten eliminar la plaga abans que es produïsca l'eclosió dels sous, fet que resulta transcendent, donat que una vegada es produeix l'emergència de la larva, esta migra cap a l'interior del sòl i penetra en els tubercles resultant molt difícil la seua eliminació. Per tant, estos organismes de biocontrol eliminen la plaga abans que les creïlles resulten danyades. En el present treball es va aplicar una metodologia per realitzar un procés d'avaluació per ambdós espècies de Trichogramma, amb l'objectiu de seleccionar la millor, en els tres contextos, laboratori, semicamp i semimagatzem, I l'àcar depredador sota condicions de laboratori, semimagatzem i magatzem. Els resultats van revelar que si bé, T. euproctidis, mostrà molt bon potencial en els estudis preliminars de laboratori tant per a condicions de camp com de magatzem, els experiments de semicamp i semimagatzem van indicar que no es un bon agent de control biològic per a T. solanivora donada la seua escassa capacitat de trobar els ous. En contraposició, T. achaeae, encara que va mostrar una eficàcia baixa en condicions de laboratori, es va mostrar prometedors en condicions de semicamp. Estos resultats il·lustren la importància de provar els agents de biocontrol en condicions de semicamp o semimagatzem abans de fer el pas a condicions de camp o magatzem, basar-se solament en resultats de laboratori podria suposar la presa de decisions incorrectes amb una pèrdua d'esforços i recursos. En el cas de B. tarsalis, s'obtingueren resultats òptims en totes les etapes de selecció, i per això va ser provat en magatzem experimental on es va mostrar com un bon agent de control de l'arna guatemalenca de la creïlla. En este sentit, s'han de continuar les investigacions amb l'objectiu de millorar els alliberaments (densitats i número), i avaluar el seu ús en altres sistemes d'emmagatzematge. Finalment, es requerirà l' estudi de la seua viabilitat econòmica tenint en compte el cost de la cria massiva. És important assenyalar, que l'ús d'agents de control biològic, com el parasitoide T. achaeae i l'àcar B. tarsalis seran sols dos de les eines disponibles per al control integrat de la plaga. En condicions de camp, les mesures culturals i la instal·lació de parany deuen mantindre's pe reduir les poblacions d'adults i les postes d'ous. Així mateix, en magatzem les inspeccions visuals i el rebuig de creïlles infestades deuen mantindre's. / [EN] The Guatemalan potato moth, Tecia solanivora, is an invasive species. It is native to Guatemala, from where it spread to Central and South America, arriving in the Canary Islands in 1999 and reaching mainland Spain in 2015. Although it is in the process of being eradicated from the Iberian Peninsula, it is established in the Canary Islands and is not considered eradicable. The management of T. solanivora is very complex. Almost its entire biological cycle takes place under the soil and inside the tuber, which protects the pest, and only the adult stage is exposed. If no management strategies are applied, crop losses can reach around 50% in the field and 100% in storage. Cultural measures aim to reduce the pest population in the field during the growing, are combined with pheromone traps to prevent crop losses. However, pest damage often results in unacceptable economic losses. In addition, there is currently a lack of enough effective phytosanitary treatments that can be used in the field or approved for storage. In this situation, research into biological control agents has become particularly important. In this context, the study of oophagous natural enemies such as T. achaeae, T. euproctidis and B. tarsalis is of particular interest for the biological control of the Guatemalan potato moth, as they prevent the eggs from hatching. Once the eggs hatch, the larvae migrate to the soil, making it difficult to remove them before they enter the tubers where they are protected. The use of oophagous biocontrol agents therefore removes the pest before the potatoes are damaged. Experimental methodology was applied to evaluate both Trichogramma species to select the best in three biocontrol contexts, laboratory, semi-field and semi-storage, and the predatory mite B. tarsalis under laboratory, semi-field and storage conditions. Although T. euproctidis showed good preliminary results in laboratory studies for both field and storage conditions, semi-field and semi-storage trials suggest that it is not a good biocontrol agent due to its poor ability to locate T. solanivora eggs. In contrast, T. achaeae, although less effective than T. euproctidis under laboratory conditions, proved to be a promising control agent under field conditions. These results highlight the importance of testing natural enemies under semi-field/semi-storage conditions prior to field or storage testing. Indeed, selecting biocontrol agents on the basis of positive laboratory test results alone could lead to wrong decisions and unnecessary expenditure of effort and resources. In the case of B. tarsalis, which has been shown to be a good biocontrol agent in experimental storage, there is a need to improve mite releases (density of mites per release and number of releases) and evaluations in the field. It is important to note that the use of biological control agents, such as the parasitoid T. achaeae and the mite B. tarsalis, are only two of the tools available for integrated pest management. Under field conditions, cultural measures and trapping must be maintained to reduce adult populations and egg laying. In storage, visual inspection and screening of infested potatoes should also be maintained. / Gavara Vidal, J. (2024). Evaluation and selection of biological control agents for the integrated management of the Guatemalan potato moth, Tecia solanivora [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207355 / Compendio

[ES] La tesis abarca una serie de estudios destinados a mejorar los programas de selección genética para aumentar la eficiencia alimentaria en dos etapas de la vida productiva de los cerdos: lactación y crecimiento. En los capítulos 2 al 5 se exploraron diversas metodologías y fuentes de información (genética, genómica y fenómica) para lograr este objetivo. La eficiencia alimentaria durante la lactación es un sistema complejo de rasgos fenotípicos interrelacionados. En el Capítulo 2 se usaron modelos de ecuaciones estructurales para inferir las asociaciones causales entre la ingesta diaria de alimento, el balance de peso de la cerda, la ganancia de peso de la camada, el balance de espesor de grasa dorsal y el peso metabólico de la cerda. Se analizaron datos de 1.100 cerdas de un experimento de selección divergente para la eficiencia en cerdos en crecimiento. Se utilizó el algoritmo de causación inductiva para definir el modelo de ecuaciones estructurales. Los resultados indicaron que la ingesta diaria de alimento y la ganancia diaria de peso de la camada influenciaban el balance diario de peso de la cerda, con coeficientes estructurales medios de 0.12 y -0.03, respectivamente. Posteriormente, el balance diario de peso de la cerda impactó en el balance diario del grosor de la grasa dorsal y en el peso metabólico de la cerda, con coeficientes estructurales de 0,70 y -1,22, respectivamente. Se evaluaron diferentes estrategias de selección. Las estrategias de selección que no dependían de registros de ingesta alimentaria resultaron igualmente efectivas, aunque aumentar la ganancia de peso de la camada reduciendo o manteniendo constante la ingesta alimentaria sin deteriorar la condición corporal de la cerda parece difícil. En el Capítulo 3 se exploraron los beneficios de métodos de multi-output y stacking para mejorar la precisión de la predicción de la eficiencia alimentaria a partir del genotipo de cerdos en crecimiento. Se analizaron datos de 5.828 cerdos y 45.610 SNPs, implementando cuatro estrategias diferentes. Modelos de random forest y support vector regression fueron entrenados con diferentes subconjuntos de variables predictoras (de 200 a 3000 SNPs más informativos). La estrategia estándar, que utilizaba solo los genotipos como predictores, mostró el mejor rendimiento. Con el algoritmo random forest y los 1.000 SNPs más informativos, la correlación de Spearman promedio fue 0.23 (0.04). En cuanto a la fenotipado de alto rendimiento, se propuso el uso de los acelerómetros y las cámaras para obtener información sobre el comportamiento animal. En el Capítulo 4, 16 conejos fueron equipados con acelerómetros y grabados durante 2 semanas. Se segmentaron las series temporales en ventanas de tiempo de diferentes tamaños (1, 3, 5, 7 y 9 segundos) y se calcularon 41 características por ventana. Modelos de random forest, support vector machine y gradient boosting fueron entrenados para clasificar estados activos/inactivos. El modelo de random forest, con una ventana de 9 segundos y las 5 características más importantes, alcanzó una precisión mediana de 1 y una recall mediana de 0.93. Finalmente, en el Capítulo 5 se combinó un algoritmo de seguimiento por detección con un sistema de identificación por radiofrecuencia para rastrear doce cerdos de un corral de los cuales tres cerdos tenían marcas de pelaje únicas que facilitaban su distinción visual. Se implementaron el algoritmo You Only Look Once (v8) para detección y el algoritmo BoT-SORT para seguimiento. Los cerdos con pelajes similares se rastrearon durante un promedio de 49 minutos, mientras que los cerdos con marcas únicas se rastrearon 152 minutos, con una coincidencia del 90% o más con la verdad absoluta. Esta combinación de dispositivos representa un avance significativo en la identificación, seguimiento y trazabilidad de animales en grupo. / [CA] La tesi comprén una sèrie d'estudis destinats a millorar els programes de selecció genètica per a augmentar l'eficiència alimentària en dos etapes de la vida productiva dels porcs: lactació i creixement. En els capítols 2 al 5 es van explorar diverses metodologies i fonts d'informació (genètica, genòmica i fenómica) per a aconseguir este objectiu. L'eficiència alimentària durant la lactació és un sistema complex de trets fenotípics interrelacionats. En el Capítol 2 es van usar models d'equacions estructurals per a inferir les associacions causals entre la ingesta diària d'aliment, el balanç de pes de la truja, l'augment de pes de la ventrada, el balanç del gruix del greix dorsal i el pes metabòlic de la truja. Es van analitzar dades de 1.100 truges d'un experiment de selecció divergent per a l'eficiència en porcs en creixement. Es va utilitzar l'algorisme de causación inductiva per a definir el model d'equacions estructurals. Els resultats van indicar que la ingesta diària d'aliment i l'augment diari de pes de la ventrada van influir en el balanç diari de pes de la truja, amb coeficients estructurals mitjans posteriors de 0,12 i -0.03, respectivament. Posteriorment, el balanç diari de pes de la truja va impactar en el balanç diari del gruix del greix dorsal i en el pes metabòlic de la truja, amb coeficients estructurals de 0,70 i -1,22, respectivament. Es van avaluar diferents estratègies de selecció. Les estratègies de selecció que no depenien de registres d'ingesta alimentària van resultar igualment efectives, encara que augmentar el pes de la ventrada reduint o mantenint constant la ingesta alimentària sense deteriorar la condició corporal de la truja sembla difícil. En el Capítol 3 es van explorar els beneficis de mètodes de multi-output i stacking per a millorar la precisió de la predicció de l'eficiència alimentària a partir del genotip de porcs en creixement. Es van analitzar dades de 5.828 porcs i 45.610 SNPs, implementant quatre estratègies diferents. Models de random forest i support vector regression van ser entrenats amb diferents subconjunts de variables predictores (de 200 a 3000 SNPs més informatius). L'estratègia estàndard, que utilitzava només els genotips com a predictors, va mostrar el millor rendiment. Amb l'algorisme random forest i els 1.000 SNPs més informatius, la correlació de Spearman mitjana va ser 0.23 (0.04). Quant a la fenotipat d'alt rendiment, es va proposar l'ús dels acceleròmetres i càmeres per a obtindre informació sobre el comportament animal. En el Capítol 4, 16 conills van ser equipats amb acceleròmetres i gravats durant 2 setmanes. Es van segmentar les sèries temporals en finestres de temps de diferents grandàries (1, 3, 5, 7 i 9 segons) i es van calcular 41 característiques per finestra. Models de random forest, support vector machine i gradient boosting van ser entrenats per a classificar estats actius/inactius. El model de random forest, amb una finestra de 9 segons i les 5 característiques més importants, va aconseguir una precisió mitjana d'1 i una recall mitjana de 0.93. Finalment, en el Capítol 5 es va combinar un algorisme de seguiment per detecció amb un sistema d'identificació per radiofreqüència per a rastrejar dotze porcs d'un corral dels quals tres tenien marques de pelatge úniques que facilitaven la seua distinció visual. Es van implementar l'algorisme You Only Look Onze (v8) per a detecció i l'algorisme Bot-SORT per a seguiment. Els porcs amb pelatges similars es van rastrejar durant una mitjana de 49 minuts, mentres que els porcs amb marques úniques es van rastrejar 152 minuts, amb una coincidència del 90% o més amb la veritat absoluta. Esta combinació de dispositius representa un avanç significatiu en la identificació, seguiment i traçabilitat d'animals en grup. / [EN] The thesis comprises a series of studies aimed at improving genetic selection programs to increase feed efficiency at two stages of the productive life of pigs: lactation and growth. In Chapters 2 to 5, various methodologies and sources of information (genetics, genomics, and phenomics) were explored to achieve this goal. Feed efficiency during lactation is a complex system of interrelated phenotypic traits. In Chapter 2, structural equation models were used to infer the causal associations between daily feed intake, sow weight balance, litter weight gain, backfat thickness balance, and sow metabolic body weight. Data from 1,100 sows from a divergent selection experiment for efficiency in growing pigs were analysed. The inductive causation algorithm was used to define the structural equation model. Results indicated that daily feed intake and daily litter weight gain influenced daily sow weight balance, with average structural coefficients of 0.12 and -0.03, respectively. Subsequently, daily sow weight balance impacted daily backfat thickness balance and sow metabolic body weight, with structural coefficients of 0.70 and -1.22, respectively. Different selection strategies were evaluated. Selection strategies that did not rely on feed intake records proved equally effective, although increasing litter weight gain while reducing or maintaining constant feed intake without deteriorating the sow's body condition seems challenging. In Chapter 3, the benefits of multi-output and stacking methods to improve the accuracy of predicting feed efficiency from the genotype of growing pigs were explored. Data from 5,828 pigs and 45,610 SNPs were analysed, implementing four different strategies. Random forest and support vector regression models were trained with different subsets of predictor variables (from 200 to 3,000 of the most informative SNPs). The standard strategy, which used only genotypes as predictors, showed the best performance. With the random forest algorithm and the top 1,000 SNPs, the average Spearman correlation was 0.23 (0.04). Regarding high-throughput phenotyping, the use of accelerometers and cameras to obtain information on animal behaviour was proposed. In Chapter 4, 16 rabbits were equipped with accelerometers and filmed for 2 weeks. The time series were segmented into time windows of different sizes (1, 3, 5, 7, and 9 seconds), and 41 features were calculated per window. Random forest, support vector machine, and gradient boosting models were trained to classify active/inactive states. The random forest model, with a 9-second window and the 5 most important features, achieved a median precision of 1 and a median recall of 0.93. Finally, in Chapter 5, a tracking-by-detection algorithm was combined with a radio frequency identification system to track twelve pigs in a pen, three of which had unique coat markings that facilitated visual distinction. The You Only Look Once (v8) algorithm was implemented for detection and the BoT-SORT algorithm for tracking. Pigs with similar coat markings were tracked for an average of 49 minutes, while pigs with unique markings were tracked for 152 minutes, with a 90% or higher match with the ground truth. This combination of devices represents a significant advancement in the identification, tracking, and traceability of animals in groups. / Mora Fenoll, M. (2024). New insights for enhancing feed efficiency [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211262

[ES] Las plantas son plataformas versátiles para la síntesis de compuestos valiosos para el ser humano a través de la ingeniería metabólica y la biología sintética. Estas "biofactorías" pueden producir sustancias de alto valor para fines industriales, médicos y agrícolas, incluyendo feromonas sexuales de insectos, que ofrecen una alternativa sostenible a los pesticidas en la protección de cultivos. Sin embargo, estas feromonas se producen típicamente mediante síntesis química, una estrategia no muy ecológica, lo cual subraya la necesidad de métodos de producción más sostenibles. Las rutas biosintéticas de las feromonas sexuales de polillas están actualmente bien descritas, y se han identificado muchos de los genes responsables de su síntesis. Nuestro grupo desarrolló recientemente plantas transgénicas estables de Nicotiana benthamiana, denominadas 'SexyPlant', que producen y emiten feromonas volátiles biológicamente activas como Z11-16OH, Z11-16OAc y Z11-16Ald. Esto se logró integrando rutas biosintéticas de varias especies de polillas en N. benthamiana, utilizando genes tanto de polillas como de plantas y aprovechando el metabolismo endógeno de ácidos grasos de la planta. Sin embargo, este enfoque provocó problemas de toxicidad debido a la acumulación de compuestos y a las interrupciones en la ruta metabólica de ácidos grasos de la planta. En el primer capítulo, abordamos estos problemas de toxicidad en 'SexyPlant' explorando acetiltransferasas alternativas para mejorar la eficiencia de conversión de Z11-16OH a Z11-16OAc. También investigamos la activación de esta ruta biosintética utilizando reguladores transcripcionales basados en CRISPR combinados con promotores sintéticos, creando líneas transgénicas estables ('GuidedPathway' y 'NonGuidedPathway') con dos configuraciones génicas diferentes que acumulan biomasa y no producen ni emiten feromonas sexuales de polilla hasta ser específicamente activadas por elementos genéticos ortogonales apropiados. Aunque el rendimiento de producción es menor que en las plantas 'SexyPlant' constitutivas, en este capítulo demostramos el potencial para activar la ruta biosintética y exploramos los cuellos de botella en el sistema. El segundo capítulo se centra en la producción heteróloga de monoterpenoides irregulares, una familia de compuestos que incluyen feromonas sexuales de la superfamilia Coccoidea (por ejemplo, los insectos escama). A pesar de que la ruta biosintética de estas moléculas es desconocida, expresamos genes derivados de plantas con actividades similares. Introdujimos genes que codifican para la sintasa de crisantenil difosfato (CPPS) de Tanacetum cinerariifolium y la sintasa de lavandulil difosfato (LPPS) de Lavandula x intermedia en tabaco y N. benthamiana para lograr una expresión transitoria y estable, resultando en líneas transgénicas. Caracterizamos la producción y emisión de estos compuestos volátiles en diferentes tejidos y etapas de desarrollo foliar, identificando las hojas juveniles como el tejido más productivo. Además, buscamos producir feromonas sexuales de Coccoidea coexpresando LiLPPS con LiAAT4, logrando la producción de acetato de lavandulil, un componente de la mezcla de feromonas de la cochinilla Dysmicoccus grassii, la feromona de agregación de Frankliniella occidentalis, y un larvicida conocido para mosquitos. Estos 'biodispensadores' emitieron hasta 0,63 mg de acetato de lavandulil por día, sugiriendo que se necesitarían entre 200 y 500 plantas por hectárea para igualar la eficacia de los dispositivos comerciales de liberación de feromonas. En resumen, esta tesis ofrece diferentes estrategias para abordar la producción de feromonas sexuales de insectos y compuestos volátiles asociados en biofábricas de plantas, explorando las limitaciones de esta biosíntesis. / [CA] Plants are versatile platforms for synthesizing valuable compounds through metabolic engineering and synthetic biology. These "biofactories" can produce high-value substances for industrial, medical, and agricultural purposes, including insect sex pheromones, which offer a sustainable alternative to pesticides in crop protection. However, these pheromones are typically produced via chemical synthesis, which is not environmentally friendly, highlighting the need for more sustainable production methods. The biosynthetic pathways of moth sex pheromones are currently well-described, with many of the genes responsible for their synthesis identified. Our group recently developed stable transgenic Nicotiana benthamiana plants, termed 'SexyPlant,' that produce and emit volatile, biologically active pheromones like Z11-16OH, Z11-16OAc, and Z11-16Ald. This was achieved by integrating biosynthetic pathways from multiple moth species into N. benthamiana, using genes from both moths and plants while leveraging the plant's endogenous fatty acid metabolism. However, this approach led to toxicity issues due to compound accumulation and disruptions in the plant's fatty acid metabolic pathway. In the first chapter, we address these toxicity issues in 'SexyPlant' by exploring alternative acetyltransferases to enhance the conversion efficiency of Z11-16OH to Z11-16OAc. We also investigate the activation of this biosynthetic pathway using CRISPR-based transcriptional regulators combined with synthetic promoters, creating stable transgenic lines ('GuidedPathway' and 'NonGuidedPathway'), with two different gene configurations that accumulate biomass and do not produce or emit moth sex pheromones until specifically activated by appropriate orthogonal genetic elements. Although the production yield is lower than in constitutive 'SexyPlant' plants, in this chapter, we demonstrate the potential for activating the biosynthetic pathway and explore the bottlenecks in the system. The second chapter focuses on the heterologous production of irregular monoterpenoids, a family of compounds that include sex pheromones of the Coccoidea superfamily (e.g., scale insects). Despite the biosynthetic pathway for these molecules being unknown, we expressed plant-derived genes with similar activities. We introduced genes encoding chrysanthemyl diphosphate synthase (CPPS) from Tanacetum cinerariifolium and lavandulyl diphosphate synthase (LPPS) from Lavandula x intermedia into tobacco and N. benthamiana to achieve transient and stable expression, resulting in transgenic lines. We characterized the production and emission of these volatile compounds in different tissues and leaf development stages, identifying juvenile leaves as the most productive. Additionally, we aimed to produce Coccoidea sex pheromones by co-expressing LiLPPS with LiAAT4, achieving production of lavandulyl acetate, a component of the mealybug Dysmicoccus grassii pheromone blend, the aggregation pheromone of Frankliniella occidentalis, and a known mosquito larvicide. These 'biodispensers' emitted up to 0.63 mg of lavandulyl acetate per day, suggesting that 200-500 plants per hectare would be needed to match the efficacy of commercial pheromone release devices. In summary, this thesis provides different strategies for addressing the production of insect sex pheromones and associated volatile compounds in plant biofactories, exploring the limitations of this biosynthesis. / [EN] Les plantes són plataformes versàtils per a la síntesi de compostos valuosos per a l'ésser humà a través de l'enginyeria metabòlica i la biologia sintètica. Estes "biofactories" poden produir substàncies d'alt valor per a fins industrials, mèdics i agrícoles, incloent feromones sexuals d'insectes, que ofereixen una alternativa sostenible als pesticides en la protecció de cultius. No obstant això, estes feromones es produïxen típicament mitjançant síntesi química, una estratègia no molt ecològica, la qual cosa subratlla la necessitat de mètodes de producció més sostenibles. Les rutes biosintètiques de les feromones sexuals de les arnes estan actualment ben descrites, i s'han identificat molts dels gens responsables de la seua síntesi. El nostre grup va desenvolupar recentment plantes transgèniques estables de Nicotiana benthamiana, denominades 'SexyPlant', que produïxen i emeten feromones volàtils biològicament actives com Z11-16OH, Z11-16OAc i Z11-16Ald. Açò es va aconseguir integrant rutes biosintètiques de diverses espècies d'arnes en N. benthamiana, utilitzant gens tant d'arnes com de plantes i aprofitant el metabolisme endogen d'àcids grassos de la planta. No obstant això, este enfocament va provocar problemes de toxicitat degut a l'acumulació de compostos i a les interrupcions en la ruta metabòlica d'àcids grassos de la planta. En el primer capítol, abordem estos problemes de toxicitat en 'SexyPlant' explorant acetiltransferases alternatives per a millorar l'eficiència de conversió de Z11-16OH a Z11-16OAc. També investiguem l'activació d'esta ruta biosintètica utilitzant reguladors transcripcionals basats en CRISPR combinats amb promotors sintètics, creant línies transgèniques estables ('GuidedPathway' i 'NonGuidedPathway') amb dos configuracions gèniques diferents que acumulen biomassa i no produïxen ni emeten feromones sexuals d'arna fins a ser específicament activades per elements genètics ortogonals apropiats. Encara que el rendiment de producció és menor que en les plantes 'SexyPlant' constitutives, en este capítol demostrem el potencial per a activar la ruta biosintètica i explorem els colls de botella en el sistema. El segon capítol se centra en la producció heteròloga de monoterpenoides irregulars, una família de compostos que inclou feromones sexuals de la superfamília Coccoidea (per exemple, els insectes escama). Malgrat que la ruta biosintètica d'estes molècules és desconeguda, expressem gens derivats de plantes amb activitats similars. Introduïm gens que codifiquen per a la sintasa de crisantenil difosfat (CPPS) de Tanacetum cinerariifolium i la sintasa de lavandulil difosfat (LPPS) de Lavandula x intermedia en tabac i N. benthamiana per a aconseguir una expressió transitòria i estable, resultant en línies transgèniques. Caracteritzem la producció i emissió d'estos compostos volàtils en diferents teixits i etapes de desenvolupament foliar, identificant les fulles juvenils com el teixit més productiu. A més, busquem produir feromones sexuals de Coccoidea coexpressant LiLPPS amb LiAAT4, aconseguint la producció d'acetat de lavandulil, un component de la mescla de feromones de la cotxinilla Dysmicoccus grassii, la feromona d'agregació de Frankliniella occidentalis, i un larvicida conegut per a mosquits. Estos 'biodispensadors' emeteren fins a 0,63 mg d'acetat de lavandulil per dia, suggerint que es necessitarien entre 200 i 500 plantes per hectàrea per a igualar l'eficàcia dels dispositius comercials de lliurament de feromones. En resum, esta tesi oferix diferents estratègies per a abordar la producció de feromones sexuals d'insectes i compostos volàtils associats en biofàbriques de plantes, explorant les limitacions d'esta biosíntesi. / Mateos Fernández, R. (2024). Bioproduction of Insect Sex Pheromones and Related Volatile Compounds in Plants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211184

[ES] Las plantas monocárpicas se definen como aquellas que florecen, producen semillas y mueren después de un solo ciclo reproductivo. Muchos cultivos de importancia agroeconómica siguen estrategia reproductiva. En estas plantas, después de producir un cierto número de semillas, el meristemo apical del tallo (SAM) cesa su actividad, siendo esta la antesala de su senescencia y muerte. Este fenómeno, estudiado en diferentes especies de plantas monocárpicas, se conoce como Parada Proliferativa (PA). Se encuentra influenciado por múltiples factores, que incluyen la influencia del desarrollo de frutos y semillas, así como las condiciones ambientales de luz, humedad, etc. Todos estos factores son finalmente integrados a nivel genético en la planta. En este contexto, en Aabidopsis thaliana se ha descrito una ruta dependiente de la edad encargada de la modulación del PA, la ruta FUL-AP2. Se ha demostrado que el miR172 y FRUITFUL (FUL) incrementan su expresión con la edad de la planta y regulan negativamente APETALA2 (AP2), que es responsable de mantener la actividad meristemática a través de la acción de WUSCHEL (WUS). En este sentido, se ha sugerido que otros miembros de la subfamilia euAP2, TOE1, TOE2, TOE3, SMZ y SNZ, conocidos colectivamente como AP2-like genes, también juegan un papel crucial en la modulación de la PA. No obstante, estos han sido definidos principalmente como reguladores de la transición floral, y su implicación en la modulación del PA no está bien establecida. Por otro lado, Pisum sativum ha sido, históricamente, una especie ampliamente estudiada a nivel fisiológico en lo que concierne a PA. Sin embargo, hoy aún existen numerosas cuestiones, ambigüedades y discrepancias acerca de la regulación del PA en esta especie. En esta tesis doctoral, pretendemos profundizar en la caracterización de diversos aspectos del PA tanto en Arabidopsis thaliana como en Pisum sativum, con intención de determinar el grado de conservación que existe en este proceso entre estas dos especies monocárpicas. En el Capítulo 1, hemos examinado el papel de todos los miembros de la subfamilia euAP2 en la modulación de la PA en Arabidopsis thaliana, así como su potencial para estrategias biotecnológicas dirigidas a la modulación de la PA. Nuestros resultados sugieren que, a excepción de SMZ, todos juegan un papel crítico en este proceso, siendo inductores de la actividad meristemática. Además, AP2 y SNZ han demostrado tener el potencial para ser usados en estrategias biotecnológicas dirigidas a aumentar la producción de frutos en plantas monocárpicas. En el capítulo 2 se han revisitado los estudios fisiológicos que históricamente han tenido como objetivo determinar el papel de los frutos en desarrollo en la inducción del PA en Pisum sativum. Nuestros resultados sugieren que el desarrollo de semillas determina el momento del PA: cuando se ha producido una determinada biomasa de semillas, la SAM entra en un estado latente. Además, a nivel transcriptómico, Arabidopsis thaliana y Pisum sativum exhiben un comportamiento similar en cuanto a la influencia de las semillas en la actividad meristemática y el PA. Finalmente, en el Capítulo 3, hemos generado herramientas para caracterizar los genes de la subfamilia euAP2 en la modulación de PA en Pisum sativum. Además, sentamos las bases para el estudio de nuevos moduladores de la ruta genética, como Flowering Locus T (FT), postulándolo así como posible florígeno y anti-florígeno de las plantas. / [CA] Les plantes monocàrpiques es definixen com aquelles que florixen, produïxen llavors i moren després d'un sol cicle reproductiu. Molts cultius d'importància agroeconómica seguixen estratègia reproductiva. En estes plantes, després de produir un cert nombre de llavors, el meristemo apical de la tija (SAM) cessa la seua activitat, sent esta l'avantsala de la seua senescència i mort. Este fenomen, estudiat en diferents espècies de plantes monocàrpiques, es coneix com a Parada Proliferativa (PA). Es troba influenciat per múltiples factors, que inclouen la influència del desenvolupament de fruits i llavors, així com les condicions ambientals de llum, humitat, etc. Tots estos factors són finalment integrats a nivell genètic en la planta. En este context, en Aabidopsis thaliana s'ha descrit una ruta dependent de l'edat encarregada de la modulació del PA, la ruta FUL-AP2. S'ha demostrat que el miR172 i FRUITFUL (FUL) incrementen la seua expressió amb l'edat de la planta i regulen negativament APETALA2 (AP2), que és responsable de mantindre l'activitat meristemàtica a través de l'acció de WUSCHEL (WUS). En este sentit, s'ha suggerit que altres membres de la subfamília euAP2, TOE1, TOE2, TOE3, SMZ i SNZ, coneguts col·lectivament com AP2-like gens, també juguen un paper crucial en la modulació de la PA. No obstant això, estos han sigut definits principalment com a reguladors de la transició floral, i la seua implicació en la modulació del PA no està ben establida. D'altra banda, Pisum sativum ha sigut, històricament, una espècie àmpliament estudiada a nivell fisiològic en el que concernix PA. No obstant això, hui encara existixen nombroses qüestions, ambigüitats i discrepàncies sobre la regulació del PA en esta espècie. En esta tesi doctoral, pretenem aprofundir en la caracterització de diversos aspectes del PA tant en Arabidopsis thaliana com en Pisum sativum, amb intenció de determinar el grau de conservació que existix en este procés entre estes dos espècies monocàrpiques. En el Capítol 1, hem examinat el paper de tots els membres de la subfamília euAP2 en la modulació de la PA en Arabidopsis thaliana, així com el seu potencial per a estratègies biotecnològiques dirigides a la modulació de la PA. Els nostres resultats suggerixen que, a excepció de SMZ, tots juguen un paper crític en este procés, sent inductors de l'activitat meristemàtica. A més, AP2 i SNZ han demostrat tindre el potencial per a ser usats en estratègies biotecnològiques dirigides a augmentar la producció de fruits en plantes monocàrpiques. En el capítol 2 s'han revisitat els estudis fisiològics que històricament han tingut com a objectiu determinar el paper dels fruits en desenvolupament en la inducció del PA en Pisum sativum. Els nostres resultats suggerixen que el desenvolupament de llavors determina el moment del PA: quan s'ha produït una determinada biomassa de llavors, la SAM entra en un estat latent. A més, a nivell transcriptómico, Arabidopsis thaliana i Pisum sativum exhibixen un comportament similar quant a la influència de les llavors en l'activitat meristemàtica i el PA. Finalment, en el Capítol 3, hem generat ferramentes per a caracteritzar els gens de la subfamília euAP2 en la modulació de PA en Pisum sativum. A més, establim les bases per a l'estudi de nous moduladors de la ruta genètica, com Flowering Locus T (FT), postulant-lo així com possible florígeno i anti-florígeno de les plantes. / [EN] Monocarpic plants are defined as those that bloom, produce seeds, and die after a single reproductive cycle. Many economically important crops belong to this reproductive strategy. In these plants, after producing a certain number of seeds, the shoot apical meristem (SAM) ceases its activity, heralding the onset of senescence and plant death. This phenomenon, studied in various monocarpic plant species, is known as Proliferative Arrest (PA), and is found to be influenced by multiple factors, involving the influence of developing fruits and seeds, as well as environmental conditions like temperature, light, and humidity. All these factors are ultimately integrated at the genetic level within the plant. In this context, an age-dependent pathway that controls SAM activity and modulates PA, known as the FUL-AP2 pathway, has been described in Arabidopsis thaliana. It has been demonstrated that the microRNA miR172 and FRUITFUL (FUL) increase with the plant's age and negatively regulate APETALA2 (AP2), which is responsible for maintaining meristematic activity through the action of WUSCHEL (WUS). In this sense, it has been suggested that other members of the euAP2 subfamily, TARGET OF EAT1 (TOE1), TOE2, TOE3, SCHLAFMÜTZE (SMZ), and SCHNARCHZAPFEN (SNZ), collectively known as AP2-like genes, also play a crucial role in modulating PA. However, they have mainly been defined as regulators of the floral transition, and their involvement in PA modulation is not well established. On the other hand, historically, Pisum sativum has been a species widely studied in relation to PA. However, this research often treated PA and senescence as the same process, and uncertainties and ambiguities persist, with discrepancies among different research groups that have treated this topic. In this doctoral thesis, we aimed to delve into the characterization of various aspects of PA in both Arabidopsis thaliana and Pisum sativum and determine the degree of conservation of this process in these two monocarpic species: In Chapter 1, we examined the role of all euAP2 subfamily members in modulating PA in Arabidopsis thaliana and explored their potential for biotechnological strategies aimed at PA modulation. Our findings suggest that, except for SMZ, all members of the euAP2 subfamily play a critical role in this process as inducers of meristematic activity. Furthermore, AP2 and SNZ have shown the potential to be considered prime candidates for use in biotechnological strategies to increase fruit production in monocarpic plants. Chapter 2 revisited the physiological studies that have historically aimed to determine the role of developing fruits in inducing PA in Pisum sativum. Our results suggest that developing seeds determine the timing of PA: when a certain seed biomass has been produced, the SAM enters a dormant state. Additionally, at the transcriptomic level, Arabidopsis thaliana and Pisum sativum exhibit similar behaviour regarding the influence of seeds on meristematic activity, suggesting that PA could be a conserved process among monocarpic plants. In Chapter 3, we generated tools for characterizing euAP2 subfamily genes in PA modulation in Pisum sativum. Furthermore, we laid the groundwork for the study of new modulators of the genetic pathway, such as Flowering Locus T (FT), suggesting its potential role of florigen and anti-florigen of the plant. / Burillo Richart, E. (2024). Characterization of Proliferative Arrest (PA) Process in Arabidopsis thaliana and Pisum sativum [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207109

[ES] La creciente concienciación sobre el impacto medioambiental de los polímeros ha impulsado la implementación de nuevas legislaciones que promueven la adopción de alternativas sostenibles en el campo de los bioplásticos. En este contexto, la búsqueda y desarrollo de materiales que reduzcan la dependencia de recursos renovables y promuevan la sostenibilidad se ha convertido en una prioridad fundamental. Este enfoque contribuye a la mitigación de los efectos negativos de los plásticos convencionales en el entorno, fomentando la adopción de soluciones más respetuosas con el medio ambiente, lo que constituye un tema central en esta tesis doctoral. En este contexto de búsqueda y desarrollo de alternativas sostenibles en la producción de polímeros, la nuez de Brasil (Bertholletia excelsa) emerge como un recurso de particular relevancia nunca antes explorado para este campo de investigación. Su potencial como fuente de materias primas para la elaboración de bioplásticos adquiere una significativa notoriedad debido a su composición química. La nuez de Brasil se caracteriza por su abundancia en aceites, proteínas y carbohidratos, destacándose especialmente por su contenido de aceites, que oscila entre el 60,8% y el 72,5%. Este alto porcentaje de aceites y ácidos grasos se constituye como el punto focal de interés en esta tesis, destinado a su aplicación en diversas esferas industriales. El aceite extraído de la nuez de Brasil presenta una combinación de ésteres de ácidos grasos saturados e insaturados unidos a moléculas de glicerol. La presencia de grupos funcionales, tales como hidroxilos, dobles enlaces y grupos carboxílicos en los ácidos oleico y linoleico (componentes principales del aceite), ofrecen múltiples posibilidades de transformación química para adaptarlo a una nueva gama de materiales biobasados. En esta tesis, se lleva a cabo por primera vez la utilización del aceite de la nuez de Brasil en el ámbito del desarrollo de bioplásticos y materiales sostenibles. En primer lugar, el empleo de este aceite como plastificante en el ácido poliláctico (PLA) es de particular interés. El PLA es un bioplástico ampliamente utilizado, pero que a menudo presenta desafíos en términos de flexibilidad y tenacidad. La adición del aceite de nuez de Brasil modificado químicamente como plastificante puede mejorar de manera significativa las propiedades mecánicas del PLA, otorgándole mayor flexibilidad y resistencia a la fractura. Esto es especialmente relevante en aplicaciones donde se requieren propiedades dúctiles, como envases flexibles y productos de un solo uso, contribuyendo a aumentar la demanda de plásticos biobasados y/o biodegradables. Por otro lado, también se explora la inclusión del aceite de nuez de Brasil en la producción de termoestables de alto rendimiento medioambiental. Al incorporar el aceite de nuez de Brasil como matriz de estos termoestables, se logra obtener productos con un alto contenido de origen renovable, reduciendo la dependencia de recursos no renovables, como los polímeros petroquímicos. En resumen, esta tesis doctoral ha explorado el potencial innovador de la nuez de Brasil en el campo de los biopolímeros. Al emplear su aceite como plastificante y en la producción de termoestables, se abren nuevas vías de investigación y desarrollo en la búsqueda de soluciones sostenibles y respetuosas con el medio ambiente en la industria de los materiales poliméricos. Estos avances demuestran el potencial de la nuez de Brasil como recurso valioso en la creación de materiales avanzados. / [CA] La creixent conscienciació sobre l'impacte mediambiental dels polímers ha impulsat la implementació de noves legislacions que promouen l'adopció d'alternatives sostenibles en el camp dels bioplàstics. En aquest context, la cerca i desenvolupament de materials que redueixin la dependència de recursos renovables i promoguin la sostenibilitat s'ha convertit en una prioritat fonamental. Aquest enfocament contribueix a la mitigació dels efectes negatius dels plàstics convencionals en l'entorn, fomentant l'adopció de solucions més respectuoses amb el medi ambient, la qual cosa constitueix un tema central en aquesta tesi doctoral. En aquest context de cerca i desenvolupament d'alternatives sostenibles en la producció de polímers, la nou del Brasil (Bertholletia excelsa) emergeix com un recurs de particular rellevància mai abans explorat per a aquest camp de recerca. El seu potencial com a font de matèries primeres per a l'elaboració de bioplàstics adquireix una significativa notorietat a causa de la seva composició química. La nou del Brasil es caracteritza per la seva abundància en olis, proteïnes i carbohidrats, destacant-se especialment pel seu contingut d'olis, que oscil·la entre el 60,8% i el 72,5%. Aquest alt percentatge d'olis i àcids grassos es constitueix com el punt focal d'interès en aquesta tesi, destinat a la seva aplicació en diverses esferes industrials. L'oli extret de la nou del Brasil presenta una combinació d'èsters d'àcids grassos saturats i insaturats units a molècules de glicerol. La presència de grups funcionals, com ara hidroxils, dobles enllaços i grups carboxílics en els àcids oleic i linoleic (components principals de l'oli), ofereixen múltiples possibilitats de transformació química per a adaptar-lo a una nova gamma de materials biobasats. En aquesta tesi, es duu a terme per primera vegada la utilització de l'oli de la nou del Brasil en l'àmbit del desenvolupament de bioplàstics i materials sostenibles. En primer lloc, l'ús d'aquest oli com a plastificant en l'àcid polilàctic (PLA) és de particular interès. El PLA és un bioplàstic àmpliament utilitzat, però que sovint presenta desafiaments en termes de flexibilitat i tenacitat. L'addició de l'oli de nou del Brasil modificat químicament com a plastificant pot millorar de manera significativa les propietats mecàniques del PLA, atorgant-li major flexibilitat i resistència a la fractura. Això és especialment rellevant en aplicacions on es requereixen propietats dúctils, com a envasos flexibles i productes d'un sol ús, contribuint a augmentar la demanda de plàstics biobasats i/o biodegradables. D'altra banda, també s'explora la inclusió de l'oli de nou del Brasil en la producció de termoestables d'alt rendiment mediambiental. En incorporar l'oli de nou del Brasil com a matriu d'aquests termoestables, s'aconsegueix obtenir productes amb un alt contingut d'origen renovable, reduint la dependència de recursos no renovables, com els polímers petroquímics. En resum, aquesta tesi doctoral ha explorat el potencial innovador de la nou del Brasil en el camp dels biopolímers. En emprar el seu oli com a plastificant i en la producció de termoestables, s'obren noves vies de recerca i desenvolupament en la cerca de solucions sostenibles i respectuoses amb el medi ambient en la indústria dels materials polimèrics. Aquests avanços demostren el potencial de la nou del Brasil com a recurs valuós en la creació de materials avançats. / [EN] Growing awareness of the environmental impact of polymers has prompted the implementation of new legislation promoting the adoption of sustainable alternatives in the field of bioplastics. In this context, the search for and development of materials that reduce dependence on renewable resources and promote sustainability has become a key priority. This approach contributes to the mitigation of the negative effects of conventional plastics on the environment, encouraging the adoption of more environmentally friendly solutions, which is a central theme in this PhD thesis. In this context of the search for and development of sustainable alternatives in polymer production, Brazil nut (Bertholletia excelsa) emerges as a particularly relevant resource never before explored for this field of research. Its potential as a source of raw materials for the production of bioplastics has gained significant notoriety due to its chemical composition. The Brazil nut is characterized by its abundance of oils, proteins and carbohydrates, and is particularly notable for its oil content, which ranges from 60.8% to 72.5%. This high percentage of oils and fatty acids is the focal point of interest in this thesis, aimed at its application in various industrial spheres. The oil extracted from Brazil nut presents a combination of saturated and unsaturated fatty acid esters bound to glycerol molecules. The presence of functional groups, such as hydroxyl, double bonds and carboxylic groups on oleic and linoleic acids (main components of the oil), offer multiple possibilities of chemical transformation to adapt it to a new range of bio-based materials. In this thesis, the use of Brazil nut oil in the field of bioplastics and sustainable materials development is carried out for the first time. Firstly, the use of this oil as a plasticizer in polylactic acid (PLA) is of particular interest. PLA is a widely used bioplastic, but often presents challenges in terms of flexibility and toughness. The addition of chemically modified Brazil nut oil as a plasticizer can significantly improve the mechanical properties of PLA, giving it increased flexibility and fracture toughness. This is especially relevant in applications where ductile properties are required, such as flexible packaging and single-use products, contributing to increase the demand for bio-based and/or biodegradable plastics. On the other hand, the inclusion of Brazil nut oil in the production of thermosets with high environmental performance is also being explored. By incorporating Brazil nut oil as a matrix of these thermosets, it is possible to obtain products with a high content of renewable origin, reducing dependence on non-renewable resources such as petrochemical polymers. In summary, this PhD thesis has explored the innovative potential of Brazil nut in the field of biopolymers. By using its oil as a plasticizer and in the production of thermosets, new avenues of research and development are opened in the search for sustainable and environmentally friendly solutions in the polymeric materials industry. These advances demonstrate the potential of Brazil nut as a valuable resource in the creation of advanced materials. / Pérez Nakai, A. (2024). Desarrollo de nuevos materiales poliméricos y compuestos ecoeficientes basados en principios activos provenientes de la nuez de Brasil [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207356

[ES] El objetivo principal de la presente tesis doctoral es el estudio y desarrollo de materiales basados en el ácido poliláctico (PLA) y policloruro de vinilo (PVC) con el fin de mejorar las propiedades y poder aplicarlos en el sector industrial. Este estudio se centra principalmente en la mejora de las propiedades térmicas, mecánicas, morfológicas y ópticas, entre otras, así como la modificación de la fragilidad y rigidez inherentes a los materiales poliméricos nombrados anteriormente mediante el empleo de aditivos como agentes plastificantes derivados del ácido cinámico.Los ésteres derivados del ácido cinámico, o cinamatos, resultan ser de gran importancia. Al igual que muchos ésteres, éstos son compuestos de volatilidad media que se emplean mucho en las fragancias y para aportar sabor en el sector alimentario. Se trata de compuestos orgánicos aromáticos con funcionalidades muy interesantes desde el punto de vista químico, ya que la presencia de grupos carboxílicos e insaturaciones permiten llevar a cabo reacciones de polimerización por condensación. Esta tesis doctoral aborda el desarrollo y evaluación del potencial de algunos compuestos de ésteres de ácido cinámico como agentes plastificantes de alto rendimiento medioambiental para mejorar las propiedades dúctiles de PLA. Los cinamatos empleados en el trabajo ofrecieron parámetros de solubilidad () similares al del PLA, resultando una opción técnicamente viable para la mejora de la tenacidad del PLA. El proceso de plastificación se llevó a cabo mediante extrusión y, posteriormente, los materiales se sometieron a un proceso de inyección, validando, de esta manera, la transferencia de los resultados a escala industrial. En particular, se evaluó la influencia de la estructura de diferentes ésteres del ácido cinámico, en una proporción fija del 20 % en peso. Los resultados, demostraron el excepcional efecto plastificante que pueden aportar los cinamatos, con una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, así como una disminución considerable de la temperatura de transición vítrea (Tg), propiedad importante en las características de los plastificantes. También se aborda el desarrollo de compuestos con matriz de PLA y refuerzos de residuos de Posidonia oceanica. Esta es una planta acuática presente de manera abundante en el mar Mediterráneo con una gran cantidad de beneficios en los ecosistemas. Dado que la incorporación de fibras de Posidonia oceanica repercute en un incremento de la fragilidad, se incorporaron ésteres del ácido cinámico con el fin de mejorar la tenacidad de los compuestos obtenidos. Se emplearon técnicas de extrusión reactiva (REX) para mejorar las interacciones entre el PLA, las fibras Posidonia oceanica y los plastificantes derivados del ácido cinámico. El proceso de extrusión reactiva se llevó a cabo en presencia de un iniciador de peróxido de dicumilo (DCP), y permite una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, estabilidad térmica, plastificación e interacción entre los componentes de los compuestos. Esta investigación también pretende explorar las posibilidades de los ésteres del ácido cinámico en la plastificación de uno de los polímeros que representa el mayor volumen industrial de consumo de plastificantes: el policloruro de vinilo (PVC). Con ello, se pretende validar la utilidad de una nueva familia de plastificantes de tipo cinamato, altamente respetuosos con el medio ambiente, como alternativas al empleo de ftalatos. La mejora en las propiedades mecánicas resultó ser de gran magnitud, en lo referente a las propiedades dúctiles. Además, los films obtenidos mostraron altos niveles de transparencia y mínima absorción de luz visible y ultravioleta. / [CA] L'objectiu principal de la present tesi doctoral és l'estudi i desenvolupament de materials basats en l'àcid polilàctic (PLA) i policlorur de vinil (PVC) amb la finalitat de millorar les propietats i poder aplicar-los en el sector industrial. Aquest estudi es centra principalment en la millora de les propietats tèrmiques, mecàniques, morfològiques i òptiques, entre d'altres, així com la modificació de la fragilitat i rigidesa inherents als materials polimèrics esmentats mitjançant l'ús d'additius com agents plastificants derivats de l'àcid cinàmic.Els èsters derivats de l'àcid cinàmic, o cinamats, resulten ser de gran importància. Igual que molts èsters, aquests són compostos de volatilitat mitjana que s'empren molt en les fragàncies i per a aportar sabor en el sector alimentació. Es tracta de compostos orgànics aromàtics amb funcionalitats molt interessants des del punt de vista químic, ja que la presència de grups carboxílics i insaturacions permeten dur a terme reaccions de polimerització per condensació. Esta tesi doctoral aborda el desenvolupament i avaluació del potencial d'alguns compostos d'èsters de l'àcid cinàmic com agents plastificants d'alt rendiment mediambiental per a millorar les propietats dúctils de PLA. Els cinamats empleats en el treball ofereixen paràmetres de solubilitat (¿) similars al del PLA, resultant una opció tècnicament viable per a la millora de la tenacitat del PLA. El procés de plastificació es va dur a terme mitjançant extrusió i, posteriorment, els materials es van sotmetre a un procés d'injecció, validant, d'aquesta manera, la transferència dels resultats a escala industrial. En particular, es va avaluar la influència de l'estructura de diferents èsters de l'àcid cinàmic, en una proporció fixa del 20 % en pes. Els resultats, demostren l'excepcional efecte plastificant que poden aportar els cinamats, amb una notable millora en les propietats mecàniques dúctils, així com una disminució considerable de la temperatura de transició vítria (Tg), propietat important en les característiques dels plastificants. També s'aborda el desenvolupament de compostos amb matriu de PLA i reforços de residus de Posidonia oceanica. Aquesta és una planta aquàtica present de manera abundant en la mar Mediterrània amb una gran quantitat de beneficis en els ecosistemes. Atés que la incorporació de fibres de Posidonia oceanica repercuteix en un increment de la fragilitat, es van incorporar èsters de l'àcid cinàmic amb la finalitat de millorar la tenacitat dels compostos obtinguts. Es van emprar tècniques d'extrusió reactiva (REX) per a millorar les interaccions entre el PLA, les fibres de Posidonia oceanica i els plastificants derivats de l'àcid cinàmic. El procés d'extrusió reactiva es va dur a terme en presència d'un iniciador de peròxid de dicumil (DCP), i permet una notable millora en les propietats mecàniques dúctils, estabilitat tèrmica, plastificació i interacció entre els components dels compostos. Esta investigació també s'enfonsa en les possibilitats del èsters de l'àcid cinàmic en la plastificació d'un dels polímers que representa el major volum industrial de consum de plastificants, el policlorur de vinil (PVC). Amb això, es pretén validar la utilitat d'una nova família de plastificants de tipus cinamat, altament respectuosos amb el medi ambient, com a alternatives a l'ús de ftalats. La millora en les propietats mecàniques va resultar ser de gran magnitud, referent a les propietats dúctils. A més, els films obtinguts van mostrar alts nivells de transparència i mínima absorció de llum visible i ultraviolada, fent-los candidats per a aplicacions que requerisquen claredat com el sector d'envasos. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study and development of materials based on polylactic acid (PLA) and polyvinyl chloride (PVC) to enhance their properties for application in the industrial sector. This study primarily focuses on improving thermal, mechanical, morphological, and optical properties, among others, as well as modifying the inherent fragility and rigidity of the aforementioned polymeric materials through the use of additives such as plasticizing agents derived from cinnamic acid. Cinnamic acid is an aromatic carboxylic acid containing a double bond and, therefore, has two geometric isomers. The trans form is the most abundant due to its adopted structure, offering interesting possibilities in the polymer industry. This compound and its derivatives are widely used in various sectors such as medical, cosmetic, food, environmental, and toiletries, among many others. Ester derivatives of cinnamic acid, or cinnamates, are particularly important. Like many esters, they are medium-volatility compounds widely used in fragrances and to impart flavor in the food industry. They are aromatic organic compounds with chemically interesting functionalities, as carboxylic groups and unsaturations enable condensation polymerization reactions. In this regard, they are of special interest in the synthesis and/or modification of polymeric materials. This doctoral thesis addresses the development and evaluation of the potential of some cinnamic acid ester compounds as environmentally friendly high-performance plasticizing agents to improve the ductile properties of PLA. The cinnamates used in the work offer solubility parameters (δ) similar to PLA, making them a technically viable option for improving PLA toughness. The plasticization process was carried out through extrusion, and subsequently, the materials underwent an injection process, thus validating the transferability of the results on an industrial scale. In particular, the influence of the structure of different cinnamic acid esters was evaluated at a fixed proportion of 20 % by weight. The results demonstrate the exceptional plasticizing effect that cinnamates can provide, with a significant improvement in ductile mechanical properties and a considerable decrease in the glass transition temperature (Tg), an important property in plasticizer characteristics. The development of composites with a PLA matrix and reinforcements of Posidonia oceanica residues is also addressed. This aquatic plant is abundant in the Mediterranean Sea and has numerous benefits for ecosystems. Since the incorporation of Posidonia oceanica fibers leads to increased fragility, cinnamic acid esters were added to improve the toughness of the obtained compounds. Reactive extrusion (REX) techniques were employed to enhance interactions between PLA, Posidonia oceanica fibers, and cinnamic acid-derived plasticizers. The reactive extrusion process was carried out in the presence of dicumyl peroxide (DCP) as an initiator, resulting in a significant improvement in ductile mechanical properties, thermal stability, plasticization, and interaction between the components of the compounds. This research paves the way for a variety of environmentally high-performance compounds with improved toughness through reactive extrusion processes. Theis research also aims to explore the possibilities of cinnamic acid esters in the plasticization of one of the polymers representing the largest industrial volume of plasticizer consumption, the polyvinyl chloride. The aim is to validate the utility of a new family of environmentally friendly cinnamate-type plasticizers as alternatives to phthalates. The improvement in mechanical properties, especially in ductile properties, was of significant magnitude. Additionally, the obtained films showed high levels of transparency and minimal absorption of visible and ultraviolet light. / Barandiaran Torres, A. (2024). Procesado y caracterización de plásticos industriales de polímeros con plastificantes derivados de ésteres del ácido cinámico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/208434

Tesis por compendio / [ES] El cambio climático, impulsado por actividades humanas, intensifica el estrés abiótico en la agricultura, afectando la productividad y la salud del ecosistema. La creciente demanda de productos vegetales expande las tierras agrícolas, empeorando el cambio climático y la desertificación. El estrés por sequía afecta gravemente la productividad de los cultivos, mientras que la fertilización excesiva con nitrógeno altera el ciclo del nitrógeno, causando problemas ambientales y de salud. La berenjena (Solanum melongena L.) es una hortaliza importante, y el uso de recursos genéticos, incluidos los parientes silvestres, es crucial para los programas que buscan mejorar la tolerancia a la sequía y la eficiencia en el uso del nitrógeno. Los avances en secuenciación y genotipado han mejorado nuestra comprensión de los rasgos relacionados con el estrés en los cultivos. Esta tesis doctoral explora el potencial de los parientes silvestres de la berenjena para mejorar la tolerancia a los estreses abióticos. El objetivo es identificar nuevas variaciones genéticas para programas de mejora, centrándose en recursos genéticos, regiones genómicas y genes candidatos para obtener variedades de berenjena más resilientes mediante análisis genómicos, transcriptómicos y fenotípicos. El capítulo I evalúa retrocruzamientos avanzados (ABs) de berenjena y parientes silvestres para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) en condiciones de bajo nitrógeno (N). El estudio de S. elaeagnifolium y los ABs en el fondo genético de la berenjena en condiciones de bajo N reveló diferencias significativas entre los parentales. La alta diversidad fenotípica en los ABs mostró algunos individuos transgresivos con mayores rendimientos y NUE que el parental cultivado. Las evaluaciones de ABs de diferentes bancos genéticos (S. insanum, S. dasyphyllum y S. elaeagnifolium) en condiciones de bajo N destacaron el potencial de estas especies silvestres. La alta diversidad en los ABs respalda el potencial de los parientes silvestres para mejorar la resiliencia de la berenjena bajo estrés abiótico. Los datos de genotipado y fenotipado permitieron la identificación y validación de QTLs para varios rasgos, ampliando la comprensión genómica de la berenjena. El capítulo II investiga los mecanismos de respuesta a la sequía en la berenjena cultivada (S. melongena) y su pariente silvestre S. dasyphyllum. Evaluados en condiciones hidropónicas con concentraciones de polietilenglicol (PEG) en diferentes etapas fenológicas, la secuenciación de ARN (RNA-Seq) analizó los patrones de expresión génica. S. dasyphyllum demostró una tolerancia superior al estrés osmótico en comparación con S. melongena, con más genes diferencialmente expresados (DEGs) bajo estrés. Los análisis de enriquecimiento GO y las vías KEGG revelaron que ambas especies activaron varios factores de transcripción y vías de respuesta al estrés, con S. dasyphyllum mostrando una regulación génica más extensa. Las vías clave incluyeron la señalización de ABA, la señalización de MAPK y varias vías de biosíntesis. Estos resultados destacan el potencial de S. dasyphyllum como fuente genética para desarrollar variedades de berenjena tolerantes a la sequía, enfatizando la importancia de usar parientes silvestres para mejorar la tolerancia de los cultivos. En general, esta tesis doctoral demuestra el potencial de los parientes silvestres de la berenjena para la mejora de la tolerancia a estreses abióticos. El desarrollo de retrocruzamientos avanzados a partir de diferentes parientes silvestres amplió la variación genética, mostrando efectos significativos de las dosis de nitrógeno en varios rasgos e identificando individuos transgresivos con características agronómicas mejoradas. La detección y validación de QTLs proporcionó conocimientos sobre la productividad de la berenjena, la eficiencia en el uso del nitrógeno y los mecanismos de respuesta a la sequía, contribuyendo a variedades de berenjena más sostenibles. / [CA] El canvi climàtic, impulsat per activitats humanes, intensifica l'estrès abiòtic en l'agricultura, afectant la productivitat i la salut de l'ecosistema. La creixent demanda de productes vegetals expandeix les terres agrícoles, empitjorant el canvi climàtic i la desertificació. L'estrès per sequera afecta greument la productivitat dels cultius, mentre que la fertilització excessiva amb nitrogen altera el cicle del nitrogen, causant problemes ambientals i de salut. L'albergínia (Solanum melongena L.) és una hortalissa important, i l'ús de recursos genètics, inclosos els parents silvestres, és crucial per als programes que busquen millorar la tolerància a la sequera i l'eficiència en l'ús del nitrogen. Els avanços en seqüenciació i genotipat han millorat la nostra comprensió dels caràcters relacionats amb l'estrès en els cultius. Aquesta tesi doctoral explora el potencial dels parents silvestres de l'albergínia per a millorar la tolerància als estressos abiòtics. L'objectiu és identificar noves variacions genètiques per a programes de millora, centrant-se en recursos genètics, regions genòmiques i gens candidats per a obtindre varietats d'albergínia més resilients mitjançant anàlisis genòmiques, transcriptòmiques i fenotípiques. El capítol I avalua retrocreuaments avançats (ABs) d'albergínia i parents silvestres per a millorar l'eficiència en l'ús del nitrogen (NUE) en condicions de baix nitrogen (N). L'estudi de S. elaeagnifolium i els ABs en el fons genètic de l'albergínia en condicions de baix N va revelar diferències significatives entre els parentals. L'alta diversitat fenotípica en els ABs va mostrar alguns individus transgressius amb majors rendiments i NUE que el parental cultivat. Les avaluacions d'ABs de diferents bancs genètics (S. insanum, S. dasyphyllum i S. elaeagnifolium) en condicions de baix N van destacar el potencial d'aquestes espècies silvestres. L'alta diversitat en els ABs recolza el potencial dels parents silvestres per a millorar la resiliència de l'albergínia sota estrès abiòtic. Les dades de genotipat i fenotipat van permetre la identificació i validació de QTLs per a diversos caràcters, ampliant la comprensió genòmica de l'albergínia. El capítol II investiga els mecanismes de resposta a la sequera en l'albergínia cultivada (S. melongena) i el seu parent silvestre S. dasyphyllum. Avaluats en condicions hidropòniques amb concentracions de polietilenglicol (PEG) en diferents etapes fenològiques, la seqüenciació d'ARN (RNA-Seq) va analitzar els patrons d'expressió gènica. S. dasyphyllum va demostrar una tolerància superior a l'estrès osmòtic en comparació amb S. melongena, amb més gens diferencialment expressats (DEGs) sota estrès. Les anàlisis d'enriquiment GO i les vies KEGG van revelar que ambdues espècies van activar diversos factors de transcripció i vies de resposta a l'estrès, amb S. dasyphyllum mostrant una regulació gènica més extensa. Les vies clau van incloure la senyalització d'ABA, la senyalització de MAPK i diverses vies de biosíntesi. Aquests resultats destaquen el potencial de S. dasyphyllum com a font genètica per a desenvolupar varietats d'albergínia tolerants a la sequera, emfatitzant la importància d'usar parents silvestres per a millorar la tolerància dels cultius. En general, aquesta tesi doctoral demostra el potencial dels parents silvestres de l'albergínia per a la millora de la tolerància a estressos abiòtics. El desenvolupament de retrocreuaments avançats a partir de diferents parents silvestres va ampliar la variació genètica, mostrant efectes significatius de les dosis de nitrogen en diversos caràcters i identificant individus transgressius amb característiques agronòmiques millorades. La detecció i validació de QTLs va proporcionar coneixements sobre la productivitat de l'albergínia, l'eficiència en l'ús del nitrogen i els mecanismes de resposta a la sequera, contribuint a varietats d'albergínia més sostenibles. / [EN] Climate change, driven by human activities, intensifies abiotic stress in agriculture, impacting productivity and ecosystem health. Rising demands for plant products expand agricultural lands, worsening climate change and desertification. Drought stress severely affects crop productivity, while excessive nitrogen fertilization disrupts the nitrogen cycle, causing environmental and health issues. Eggplant (Solanum melongena L.) is an important vegetable, and using genetic resources, including wild relatives, is crucial for breeding programs aimed at enhancing drought tolerance and nitrogen use efficiency. Advances in sequencing and genotyping have improved our understanding of stress-related traits in crops, supporting resilient cultivar development. This doctoral thesis explores the potential of wild eggplant relatives to improve tolerance to abiotic stresses. The goal is to identify new genetic variations for breeding programs, focusing on valuable genetic resources, genomic regions, and candidate genes for more resilient eggplant varieties through genomic, transcriptomic, and phenotypic analyses. Chapter I evaluates advanced backcrosses (ABs) of eggplant and wild relatives to improve nitrogen use efficiency (NUE) under low nitrogen (N) conditions. The study of S. elaeagnifolium and ABs in the eggplant genetic background under low N conditions revealed significant differences among parentals. High phenotypic diversity in ABs showed some transgressive individuals with higher yields and NUE than the cultivated parent. Evaluations of ABs from different genepools (S. insanum, S. dasyphyllum, and S. elaeagnifolium) under low N conditions highlighted the potential of these wild species for low nitrogen input breeding. Low N conditions decreased chlorophyll content but increased flavonol and anthocyanin levels, reducing aerial biomass, stem diameter, yield, and nitrogen and carbon content in plants and fruits. The high diversity in ABs supports the potential of wild relatives to enhance eggplant resilience under abiotic stress. Genotyping and phenotyping data enabled the identification and validation of QTLs for various traits, expanding the genomic understanding of eggplant. Chapter II investigates drought response mechanisms in cultivated eggplant (S. melongena) and its wild relative S. dasyphyllum. Evaluated under hydroponic conditions with polyethylene glycol (PEG) concentrations (20% and 30%) at different phenological stages, RNA sequencing (RNA-Seq) analyzed gene expression patterns. S. dasyphyllum demonstrated superior tolerance to osmotic stress compared to S. melongena, with more differentially expressed genes (DEGs) under stress. GO enrichment and KEGG pathway analyses revealed that both species activated various transcription factors and stress response pathways, with S. dasyphyllum showing more extensive gene regulation. Key pathways included ABA signaling, MAPK signaling, and various biosynthesis pathways. These findings highlight S. dasyphyllum's potential as a gene source for developing drought-tolerant eggplant varieties, emphasizing the importance of using wild relatives to enhance crop tolerance and sustainability. Overall, this doctoral thesis demonstrates the potential of wild eggplant relatives for breeding tolerance to abiotic stresses. Developing advanced backcrosses from different crop wild relatives expanded genetic variation, showing significant effects of nitrogen doses on various traits and identifying transgressive individuals with improved agronomic characteristics. The detection and validation of QTLs provided insights into eggplant productivity, nitrogen use efficiency, and drought response mechanisms, contributing to more resilient and sustainable eggplant varieties. / Villanueva Párraga, G. (2024). Evaluation of Eggplant, Wild Relatives and Introgression Breeding Materials for Tolerance to Abiotic Stresses [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/209414 / Compendio

[ES] La amenaza para la prevención y tratamiento de las infecciones bacterianas provocada por la resistencia a los antibióticos es cada vez mayor. En este trabajo hemos estudiado distintos tipos de agua, a fin de obtener información integrada de la contaminación y los patrones locales de resistencia a antibióticos de bacterias indicadoras, con el objetivo de determinar el potencial de estos sistemas acuáticos para actuar como medios de dispersión de determinantes de resistencias a antibióticos en el ambiente, dentro de la perspectiva "One Health". Nuestro objetivo era obtener información acerca del nivel de contaminación por bacterias resistentes a antibióticos (ARB) y la presencia de genes determinantes de resistencias (ARG) en distintos tipos de aguas ambientales, evaluando el origen de esta resistencia, relacionando los patrones de resistencia presentes, valorando los posibles riesgos para la población y proponiendo medidas para combatir el problema. En las muestras de agua recogidas en diversas localizaciones realizamos recuentos bacterianos selectivos de bacterias consideradas indicadores de contaminación fecal, tales como los coliformes totales, Escherichia coli y Enterococcus spp. (enterococos), seleccionados dependiendo del origen de la muestra, con el fin de conocer su calidad higiénico-sanitaria. Empleando E. coli como microorganismo monitor de la resistencia en todos los tipos de agua, junto con Enterococcus spp. en el caso de aguas continentales y marinas, seleccionamos y aislamos un número significativo de cepas, valorando su concentración mínima inhibitoria (CMI) frente a antibióticos de uso frecuente para el tratamiento de infecciones en humanos. Por último, verificamos mediante PCR la presencia o ausencia de diferentes genes de resistencia, tanto en el medio acuático como en las cepas seleccionadas. Los resultados obtenidos reflejan que la calidad higiénico-sanitaria de las aguas procedentes de los efluentes de dos EDAR, aguas de mar y aguas continentales, están dentro de los estándares de calidad establecidos por la normativa española. No ocurre lo mismo con las aguas de riego y las aguas de una de las EDAR, las cuales estaban muy por encima de esos límites. Mediante recuento en medios selectivos adicionados con distintos antibióticos, se observó que un elevado porcentaje de las cepas provenientes de EDAR y aguas de riego eran resistentes a ampicilina, eritromicina, y sulfametoxazol, siendo la resistencia a la ampicilina la más prevalente. Estos resultados fueron confirmados por la CMI en los aislados de E. coli, los cuales mostraron un patrón global de resistencia independientemente del origen de la muestra, siendo la resistencia a ampicilina la más prevalente, seguida de tetraciclina y sulfametoxazol, con un porcentaje muy alto de cepas multirresistentes, especialmente en EDAR y aguas de riego. La mayoría de las cepas presentaron resistencia a los antibióticos betalactámicos, sulfonamidas y tetraciclinas, siendo los perfiles predominantes de multirresistencia similares en todos los tipos de agua. En el caso de Enterococcus spp., el número de cepas resistentes y multirresistentes fue escaso, siendo las resistencias a la eritromicina y tetraciclina las más prevalentes. La determinación por PCR de la presencia de diversos genes de resistencia confirmó que su dispersión en el medio acuático es muy elevada, encontrándose casi todos ellos en todas las muestras de agua, aunque en un menor porcentaje en el agua de mar. Se pudo determinar la existencia de un patrón genómico homogéneo de resistencias en las cepas de E. coli en esta área geográfica. La elevada prevalencia de determinantes de resistencia a los antibióticos encontrados en los distintos tipos de agua supone un riesgo elevado de transferencia horizontal de genes a otras bacterias, y contribuye de forma determinante a su llegada al ser humano. / [CA] L'amenaça per a la prevenció i el tractament de les infeccions bacterianes provocada per la resistència als antibiòtics és cada vegada més gran. En aquest treball hem estudiat diferents tipus d'aigua per obtenir informació integrada de la contaminació i els patrons locals de resistència a antibiòtics de bacteris indicadors, amb l'objectiu de determinar el potencial d'aquests sistemes aquàtics per actuar com a mitjans de dispersió de determinants de resistències a antibiòtics a l'ambient, dins de la perspectiva "One Health". El nostre objectiu era obtenir informació sobre el nivell de contaminació per bacteris resistents a antibiòtics (ARB) i la presència de gens determinants de resistències (ARG) en diferents tipus d'aigües ambientals, avaluant l'origen d'aquesta resistència, relacionant els patrons de resistència presents, valorant els possibles riscos per a la població i proposant mesures per combatre el problema. A les mostres d'aigua recollides en diverses localitzacions realitzem recomptes bacterians selectius de bacteris considerats indicadors de contaminació fecal, com ara els coliformes totals, Escherichia coli i Enterococcus spp. (enterococs), seleccionats depenent de l'origen de la mostra, per tal de conèixer-ne la qualitat higienicosanitària, i valorem el nivell de resistències d'aquests microorganismes davant de diferents antibiòtics d'ús freqüent, mitjançant recomptes en plaques amb medi selectiu a les quals s'havia afegit concentracions estàndard dels mateixos. Emprant E. coli com a microorganisme monitor de la resistència en tots els tipus d'aigua, juntament amb Enterococcus spp. en el cas d'aigües continentals i marines, seleccionem i aïllem un nombre significatiu de ceps, valorant-ne la concentració mínima inhibitòria (CMI) davant d'antibiòtics d'ús freqüent per al tractament d'infeccions en humans. Finalment, verifiquem mitjançant PCR la presència o absència de diferents gens de resistència, tant al medi aquàtic com als ceps seleccionats. Els resultats obtinguts reflecteixen que la qualitat higienicosanitària de les aigües procedents dels efluents de dues EDAR, aigües de mar i aigües continentals, estan dins dels estàndards de qualitat establerts. No passa el mateix amb les aigües de reg i les aigües d'una de les EDAR, que estaven molt per sobre d'aquests límits. Mitjançant recompte en mitjans selectius addicionats de diferents antibiòtics, es va observar que un elevat percentatge dels ceps provinents d'EDAR i aigües de reg eren resistents a ampicil·lina, eritromicina, i sulfametoxazol, sent la resistència a l'ampicil·lina la més prevalent. Aquests resultats van ser confirmats per la CMI als aïllats d' E. coli, els quals van mostrar un patró global de resistència independentment de l'origen de la mostra, sent la resistència a l'ampicil·lina la més prevalent, seguida de tetraciclina i sulfametoxazol, amb un percentatge molt alt de ceps multiresistents, especialment a EDAR i aigües de reg. La majoria de les ceps van presentar resistència als antibiòtics betalactàmics, sulfonamides i tetraciclines, sent els perfils predominants de multiresistència similars en tots els tipus d'aigua. En el cas d' Enterococcus spp., el nombre de ceps resistents i multiresistents va ser escàs, sent les resistències a l'eritromicina i tetraciclina les més prevalents. La determinació per PCR de la presència de diversos gens de resistència va confirmar que la seva dispersió en el medi aquàtic és molt elevada, i gairebé tots es troben en totes les mostres d'aigua, encara que en un menor percentatge a l'aigua de mar. Es va poder determinar l'existència d'un patró genòmic homogeni de resistències als ceps d' E. coli en aquesta àrea geogràfica. L'elevada prevalença de determinants de resistència als antibiòtics trobats en els diferents tipus d'aigua suposa un risc elevat de transferència horitzontal de gens a altres bacteris, i contribueix de manera determinant a l'arribada a l'ésser humà. / [EN] The threat to prevention and treatment of bacterial infections caused by antibiotic resistance is increasing. In this work we have studied different types of water, in order to obtain integrated information on pollution and local antibiotic resistance patterns of indicator bacteria, with the aim of determining the potential of these aquatic systems to act as means of dispersion of determinants of antibiotic resistance in the environment, within the "One Health" perspective. Our objective was to obtain information about the level of contamination by antibiotic-resistant bacteria (ARB) and the presence of resistance-determining genes (ARG) in different types of environmental waters, evaluating the origin of this resistance, relating the present resistance patterns, assessing the possible risks for the population and proposing measures to combat the problem. In water samples collected at various locations, we performed selective bacterial counts of bacteria considered indicators of fecal contamination, such as total coliforms, Escherichia coli and Enterococcus spp. (enterococci), selected depending on the origin of the sample, in order to know its hygienic-sanitary quality, and we assess the level of resistance of these microorganisms against different frequently used antibiotics, through counts on plates with selective medium to which standard concentrations of them had been added. Using E. coli as a monitoring microorganism of resistance in all types of water, together with Enterococcus spp. in the case of continental and marine waters, we selected and isolated a significant number of strains, assessing their minimum inhibitory concentration (MIC) against antibiotics frequently used for the treatment of infections in humans. Finally, we verified by PCR the presence or absence of different resistance genes, both in the aquatic environment and in the selected strains. The results obtained reflect that the hygienic-sanitary quality of the waters from the effluents of two WWTPs, sea waters and continental waters, are within the quality standards established by the Spanish. The same does not occur with irrigation water and water from one of the WWTPs, which were well above those limits. By counting in selective media added with different antibiotics, it was observed that a high percentage of the strains from WWTP and irrigation water were resistant to ampicillin, erythromycin, and sulfamethoxazole, with resistance to ampicillin being the most prevalent. These results were confirmed by the MIC in the E. coli isolates, which showed a global pattern of resistance regardless of the origin of the sample, with resistance to ampicillin being the most prevalent, followed by tetracycline and sulfamethoxazole, with a very high percentage. of multi-resistant strains, especially in WWTP and irrigation water. Most strains presented resistance to beta-lactam antibiotics, sulfonamides and tetracyclines, with the predominant multiresistance profiles being similar in all types of water. In the case of Enterococcus spp., the number of resistant and multiresistant strains was low, with resistance to erythromycin and tetracycline being the most prevalent. The determination by PCR of the presence of various resistance genes confirmed that their dispersion in the aquatic environment is very high, almost all of them were found in all water samples, although in a lower percentage in seawater. It was possible to determine the existence of a homogeneous genomic pattern of resistance in E. coli strains in this geographical area. The high prevalence of antibiotic resistance determinants found in different types of water represents a high risk of horizontal gene transfer to other bacteria, and contributes decisively to their arrival in humans. / Dasí Camaró, DM. (2024). Estudio del agua como fuente de entrada y dispersión de determinantes de resistencia a antibióticos al medio ambiente en el área metropolitana de Valencia y alrededores [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/210135