This thesis is about challenges that currently concern in vitro production (IVP), sex determination procedures and sex-related survival of in vitro-produced porcine embryos. Specifically, the current thesis develops a new suitable PCR-based procedure based on the amplification of repetitive sequences for determining the sex of porcine embryos at different developmental stages. Furthermore, this work establishes new culture conditions and provides new knowledge about physiology, development and sexual dimorphisms in survival rates and kinetics of the development of in vitro-produced porcine embryos under specific in vitro culture conditions. The presence of optimal concentrations of hyaluronic acid and specific energy substrates at the appropriate time of embryo development, as well as the timing of several events during the earliest stages of development, essentially the timing of the first embryonic cleavage, appear to be linked amongst them and are related to subsequent embryonic competence, influencing development in a sex related manner / Aquesta tesi tracta alguns dels reptes que actualment afecten la producció in vitro (PIV), la determinació del sexe i la supervivència relacionada amb el sexe dels embrions de porcí. Concretament, presenta una nova tècnica de PCR basada en l’amplificació de seqüències repetitives apte per a determinar el sexe d’embrions porcins a diferents estadis de desenvolupament. També estableix noves condicions de cultiu i ofereix nous coneixements sobre la fisiologia, el desenvolupament i els dimorfismes sexuals en les taxes de supervivència i en la cinètica del desenvolupament d’embrions de porcí PIV sota unes determinades condicions de cultiu. Concentracions òptimes d’àcid hialurònic, i de glucosa, piruvat i lactat com a substrats energètics, en el moment adequat del desenvolupament embrionari, així com també el moment en el qual té lloc la primera divisió embrionària, estan relacionats entre sí i condicionen el posterior desenvolupament embrionari, tendint a desviar la proporció de sexes

La regeneración de tejidos requiere la coordinación entre la proliferación de las células madre, su diferenciación y la muerte celular de aquellas células innecesarias. Así mismo, la producción de los tejidos debe copiar la identidad y proporción de los que se han perdido, de manera que las estructuras regenerantes se integren con las preexistentes y recuperen su funcionalidad. Para profundizar en el conocimiento de estos procesos, empleamos nuestra especie modelo, la planaria Schmidtea mediterranea, debido a su impresionante capacidad regenerativa. La presencia de una población de células madres, los neoblastos, y la capacidad de decodificar las señales producidas tras una herida, las hace capaces de regenerar un organismo nuevo, perfectamente proporcionado y funcional a partir de cualquier fragmento. Además, la regeneración de la planaria es especialmente destacable ya que es el único organismo capaz de regenerar completamente de novo su sistema nervioso central. La vía Wnt/ßcatenin se encarga de establecer el eje corporal Antero-Posterior durante el desarrollo embrionario de los Metazoa y también durante la regeneración de planarias. La señalización Wnt no canónica/ßcatenin-independiente comprende diferentes vías, de las cuales la más estudiada es la vía de la “Planar Cell Polarity” (PCP), que se encarga de garantizar la polaridad a lo largo de un plano, una propiedad fundamental de todas las células y tejidos, que es esencial para coordinar la morfogénesis tanto de estructuras determinadas como del embrión. La Jun-N-ternimal Kinase (JNK) es una proteína que forma parte de la superfamilia de las MAPKs, activada en respuesta al estrés para coordinar procesos celulares básicos, como la proliferación, la diferenciación y la muerte celular. Esta tesis analiza dos grandes bloques de procesos que ocurren durante la regeneración y el recambio tisular de la planaria: i) la aportación de información posicional por parte de la señalización de la vía Wnt no canónica durante la formación del sistema nervioso y durante la polarización y posicionamiento de los cilios y ii) la coordinación de la respuesta regenerativa temprana y del “remodeling” por parte de la vía JNK. Dentro del primer bloque, mostramos que Dvl-2 y otros dos componentes del complejo de la PCP, VanGogh y Diversin, controlan la polarización y el posicionamiento apical de los cuerpos basales ciliares a través de la remodelación del esqueleto de actina. Estos resultados demuestran la funcionalidad y conservación de la vía PCP en planarias y por lo tanto, su existencia en un organismo del superphylum de los lophotrocozoa. Además, demostramos que el ligando no canónico Wnt5 restringe la migración neuronal para posicionar el sistema nervioso a través de Dishevelled y de su receptor Ror y que junto con Slit, forman un sistema en el que mutuamente regulan el establecimiento de sus límites de expresión para así definir un corredor para la regeneración y mantenimiento del sistema nervioso. Por último, mostramos que la vía JNK es necesaria específicamente cuando la herida viene acompañada de pérdida de tejido y que coordina la inducción de la respuesta regenerativa, ya que modula la expresión de genes en respuesta a una amputación, activa la muerte celular por apoptosis y establece un control temporal de la entrada en mitosis de los neoblastos. Además, la inducción de la muerte celular apoptótica por parte de la JNK es necesaria para recuperar y mantener tanto las proporciones del organismo como la conformación de los órganos preexistentes tras la amputación o durante el decrecimiento. En resumen, esta tesis aporta información sobre la señalización molecular necesaria durante la inducción de la respuesta regenerativa y la adquisición del diseño corporal durante la regeneración y el recambio tisular homeostático de la planaria Schmidtea mediterranea. / Regeneration of lost tissues depends on the precise interpretation of signals that coordinate the onset of proliferation, cellular differentiation and cell death. Moreover, tissue production must mimic the identity and proportion of the missing ones in order to integrate the regenerated and preexisting structures and recover functionality. To get more insights about these processes, we use our model organism, the planarian Schmidtea mediterranea, due to its amazing regenerative abilities. The presence of adult pluripotent stem cells combined with the ability to decode signaling after wounding enable planarians to regenerate a complete and proportioned animal from any tiny fragment. The Wnt/β-catenin branch is essential for the establishment of the antero-posterior body axis during metazoan embryogenesis and also during planarian regeneration. Wnt/β-catenin independent signaling encompasses several pathways, of which the most studied is the planar cell polarity (PCP), which is responsible for planar polarization of cell and structures within a plane. Jun-N-ternimal Kinase (JNK) is a protein that belongs to the MAPKs superfamily and regulates essential cellular processes, such as stem cell proliferation, differentiation and cell death, in response to stress. This thesis analyzes two groups of processes that occurs during planarian regeneration and tissue renewal: - 1. The positional information given by the non canonical Wnt pathway during nervous system regeneration and the polarization and positioning of the cilia. Here we show that the non canonical Wnt5 ligand restricts neuronal migration to position nervous tissues through Dishevelled and its receptor Ror. Additionally, we demonstrate the conservation of the PCP pathway within the lophotrocozoan superphylum, since the PCP components Dvl-2, VanGogh and Diversin control polarization and apical positioning of the cilia basal bodies through actin remodeling. - 2. The coordination of wound healing response and remodeling by the JNK pathway. Here we show that JNK modulates the expression of wound-related genes, triggers apoptosis and attenuates the onset of mitosis in stem cells specifically after tissue loss. Furthermore, JNK-induced apoptosis is required to recover and maintain proportionality and organ conformation. Summing up, this thesis gives information about the molecular signaling coordinating wound healing and patterning during planarian regeneration and tissue renewal.

Les planàries d'aigua dolça s’han convertit en un bon model per estudiar la regeneració a nivell genètic i molecular, gràcies a la seva capacitat de reconstruir qualsevol fragment danyat a conseqüència d’una amputació, des de qualsevol eix corporal i formar un nou organisme adult en un termini de temps molt curt. Al mateix temps, durant l’estadi adult en l’absència d’una ferida, les planàries són capaces de reemplaçar les cèl•lules diferenciades dels teixits vells mitjançant una proliferació i diferenciació constant de les cèl•lules mare o neoblasts. Tenim al nostre abast un ampli coneixement sobre diverses rutes de senyalització que controlen l’estricte procés de la regeneració en les planàries. D’altra banda, avui dia encara es desconeix la funció d’algunes de les vies principals i queden molts elements desconeguts per entendre el fenomen de la regeneració. En aquesta tesi doctoral, hem pogut analitzar la funció concreta de la via dels EGFR, sobretot durant la formació del blastema i la regulació del creixement i la diferenciació de les noves estructures anteriors. Mitjançant estudis funcionals a través de la tècnica d’interferència de l’ARN (ARNi) dels tres EGFR identificats, hem observat la participació d’aquesta via en múltiples processos biològics durant la regeneració de les planàries i la homeòstasi. Smed-egfr-1 és necessari per a la regeneració de les cèl•lules pigmentàries dels ulls i la faringe. A més a més, el seu silenciament ocasiona una clara hiperproliferació i la formació d’uns bonys dorsals característics, tant en animals intactes com regenerants. D’altra banda, no es manifesta cap efecte evident després de silenciar Smed-egfr-2. Finalment, podem concloure que Smed-egfr-3 és necessari per la formació del blastema i per la diferenciació de determinats tipus cel•lulars, generalment neuronals. En aquesta tesi ens hem centrat sobretot amb l’estudi del Smed-egfr-3. Amb l’objectiu d’identificar possibles gens diana d’aquest gen i caracteritzar la funció de la via dels EGFR en més detall durant la regeneració de les planàries, hem utilitzat l’eina DGE (“Digital Gene Expression”), que ens permet comparar el transcriptoma dels animals on s’ha silenciat un gen d’interès (en el nostre cas, Smed-egfr-3) amb el dels controls. Així, a partir d’anàlisis del DGE hem pogut conèixer i quantificar l’expressió de possibles gens diana regulats (tant “up” com “down-regulated”) per la via dels EGFR; un d’aquests gens “downregulated” després d’inhibir Smed-egfr-3 és l’egr-4, un membre de la família gènica dels “early growth response”. egr-4 s’expressa majoritàriament en el sistema nerviós central i s’indueix ràpidament després de qualsevol tipus de ferida. El seu silenciament inhibeix la regeneració anterior, mostrant defectes durant la formació dels blastemes anteriors, però sense afectar la regeneració posterior. Aquests organismes tractats exhibeixen uns ganglis cefàlics més petits o fins I tot en alguns casos absents. La diferenciació d’altres tipus cel•lulars presents en la regió anterior també es mostren alterats després de silenciar egr-4. Tot i així, l’expressió primerenca dels determinants de la polaritat que intervenen en el restabliment de la polaritat anterior es mostren inalterats. Experiments simultanis del silenciament d’egr-4 i elements de la via Wnt/beta-cat revelen que egr-4 és necessari per la diferenciació del primordi del cervell. A més a més, els resultats d’aquests experiments suggereixen que egr-4 promou la regeneració cefàlica inhibint l’activitat de beta-catenin en condicions normals. A partir dels resultats obtinguts en aquesta tesi suggerim que egr-4 és un dels primers gens coneguts necessaris per la diferenciació del primordi del cervell durant la regeneració de la planària. En resum, suggerim una relació entre la diferenciació primerenca del cervell i la correcta progressió de la regeneració del cap en les planàries, que podria estar regulada gràcies a l’activació del gen egr-4 a través de la via EGFR, concretament Smed-egfr-3. / During freshwater planarians regeneration, polarity and patterning programs play essential roles in determining whether a head or a tail regenerates at anterior or posterior-facing wounds. This decision is made very soon after amputation. The pivotal role of the Wnt/beta-•catenin and Hh signaling pathways in re-establishing anterior4 posterior polarity has been well documented. However, the mechanisms that control the growth and differentiation of the blastema in accordance with its anteriorposterior identity are less well understood. Conserved signa ling pathways play important roles in morphogenesis in all animals. One such pathway is the epidermal growth factor receptor (EGFR) pathway, which regulates multiple biological processes including cell proliferation, differentiation, apoptosis and cell survival. In this thesis, we show that silencing of Smed-egfr4 3, a planarian homologue of epidermal growth factor receptors, impairs regeneration and blastema growth in these organisms, probably by disrupting cellular differentiation. In order to better characterize the function of the EGFR signaling pathway during planarian regeneration, we conducted "Digital Gene Expression" analyses to identify putative target genes of Smed-egfr-3. One of the isolated candidate genes that is downregulated after silencing Smed-egfr-3 is egr-4, a member of the early growth response gene family. egr-4 is mainly expressed in the central nervous system and rapidly induced after different types of injury. While early egr-4 expression after injury is independent of EGFR signa ling, it becomes Smed-egfr4 34 dependent from the second day of regeneration. Functional analyses based on RNA interference (RNAi) reveals that egr-4 is required for head regeneration but not for posterior regeneration; egr-4 silencing impairs the formation of anterior blastemas; these animals exhibit either small cephalic ganglia or a total absence of new brain tissue. Single and combinatorial RNAi to target different elements of the Wnt/beta-•catenin pathway, together with expression analysis of brain4 and anterior4 specific markers, reveal that egr-4 is necessary for the brain primordia differentiation in the early stages of regeneration and it appears to antagonize the activity of the Wnt/~-catenin pathway to allow head regeneration. Our results suggest that a conserved EGFRjegr pathway plays an important role in cell differentiation during planarian regeneration and indicate an association between early brain differentiation and the progression of head regeneration.

El sistema quimiosensorial (SQ) participa en la detección de nutrientes, depredadores y pareja, siendo -por tanto- fundamental en la supervivencia de los organismos y de las especies. En insectos, las primeras etapas de la quimiopercepción están mediadas por familias multigénicas que codifican: (i) proteínas extracelulares, como las Odorant-Binding Proteins (OBPs) y las Chemosensory Proteins (CSPs); (ii) proteínas quimiorreceptoras, como los Odorant (ORs), Gustatory (GRs) e Ionotropic Receptors (IRs). Dado que la eficacia biológica de los individuos depende de su correcta expresión, estas familias multigénicas constituyen un excelente modelo para estudiar procesos adaptativos a nivel molecular. La creciente disponibilidad de datos moleculares nos ha conferido la oportunidad de comprender el papel de la selección natural en la evolución transcripcional de los genes del SQ. No obstante, la naturaleza masiva e innovadora de estos datos ha hecho indispensable el desarrollo e implementación de nuevos métodos de genética de poblaciones y evolución molecular en las potentes herramientas bioinformáticas DnaSPv5, BadiRate y popDrowser. Utilizando éstas y otras herramientas, hemos determinado que los genes que codifican OBPs no están distribuidos aleatoriamente en el genoma de Drosophila, sino agrupados formando clústeres de genes. La conservación de estos clústeres está relacionada con la amplitud y el ruido transcripcional de sus integrantes, así como también con su estado de la cromatina (’transcription elongation’ y con la unión de la proteína JIL-1). Entre otras funciones, la JIL-1 libera la ARN polimerasa pausada en la región promotora, lo que produce una ráfaga de elongación de la transcripción génica que incrementa el ruido transcripcional. Debido a que las fluctuaciones de OBPs pueden alterar el comportamiento de los individuos, este ruido transcripcional puede generar una plasticidad fenotípica beneficiosa, especialmente en ambientes externos cambiantes. La arquitectura de la región promotora puede jugar un papel fundamental en pausar la actividad de la ARN polimerasa. En este sentido, hemos inferido que las regiones upstream de los aIRs y las CSPs están sometidas a una importante constricción funcional, mientras que las de los ORs y los GRs han experimentado un mayor impacto de la selección darwiniana. Aunque aún faltan más evidencias al respecto, la evolución de las regiones upstream de las OBPs podría estar vinculada con el impacto diferencial de la cromatina en su regulación transcripcional. De cualquier modo, no cabe duda que la selección natural (negativa y positiva) ha contribuido significativamente a la evolución transcripcional de las principales familias multigénicas del SQ, mediante los mecanismos que implican elementos cis-reguladores y estados de la cromatina. / The chemosensory system is involved in the detection of food, predators and mates, being thus essential for the species survival. In insects, the first steps of chemoperception are mediated by multigene families encoding: (i) extracellular proteins, such as Odorant-Binding Proteins (OBPs) and Chemosensory Proteins (CSPs), as well as (ii) chemoreceptors, such as Odorant (ORs), Gustatory (GRs) and Ionotropic Receptors (IRs). Since the fitness of individuals depends on their correct expression, these multigene families are an excellent model to study adaptive processes at the molecular level. The increasing availability of molecular data gives us the opportunity to understand the role of natural selection in the transcriptional regulation of the chemosensory genes. However, the massive and innovative nature of these data makes crucial the development and implementation of new methods for population genetics and molecular evolution in powerful bioinformatics tools, such as DnaSPv5, popDrowser and BadiRate. Using these and other tools, we determined that genes encoding OBPs are clustered along the Drosophila genome. The conservation of these clusters is related to the transcriptional amplitude and noise of their members, as well as to its chromatin state ('transcription elongation' and binding of JIL-1 protein). Among other functions, the JIL-1 releases the RNA polymerase paused at the promoter region, inducing a transcriptional elongation burst that increases expression noise. Because OBPs fluctuations can alter the behavior of individuals, this noise can generate a beneficial phenotypic plasticity, especially in changing external environments. The architecture of the promoter region can play a key role in the RNA polymerase pausing. In this regard, we have inferred that the upstream regions of aIRS and CSPs are under strong functional constraints, whereas Darwinian selection is more pervasive at the ORs and GRs upstream regions. Although further studies are needed, the evolution of the OBP upstream regions may be linked to the differential impact of the high-order chromatin regulatory mechanisms in the OBP transcription. Anyway, it is certain that natural selection (negative and positive) has significantly contributed to the transcriptional evolution of the major chemosensory multigene families, through mechanisms involving cis- regulatory elements and high-order chromatin states.

Aunque se estima la proporción de casos de cáncer colorrectal (CCR) atribuibles a factores genéticos entre el 20 y 35%, gran parte de la herencia genética al CCR queda por descubrir. Dentro de ese conglomerado de casos de CCR con agregación familiar sin una causa subyacente clara, se encuentra el CCR familiar tipo X (CCRf-X). Estas familias cumplen los criterios clínicos más estrictos para el CCR hereditario no polipósico (criterios de Ámsterdam) pero no presentan defectos en el sistema de reparación de bases desapareadas, rasgo definitorio de los pacientes con SL. El estudio de dos de estas familias mediante secuenciación de exomas nos ha permitido identificar el gen causal de la predisposición. La primera familia ha resultado ser un caso de CCR asociado a MUTYH enmascarado bajo unas características fenotípicas y moleculares atípicas. Estas son: Herencia aparentemente dominante debido al riesgo que aportan las variantes monoalélicas en MUTYH, ausencia de pólipos y presencia de tumores con inestabilidad de microsatélites. En la segunda familia hemos identificado un nuevo gen de predisposición al CCR que podría explicar aproximadamente un 3% de las familias CCRf-X. La haploinsuficiencia de este gen podría causar una reparación defectuosa del ADN con la consiguiente acumulación de un tipo específico de errores. Se ha sugerido que mutaciones en el gen que codifica la glicosilasa GALNT12 confieren un riesgo incrementado a padecer CCR. Hemos estudiado el gen en 103 familias CCRf-X pero no se han identificado cambios relevantes que afecten la actividad enzimática, desestimando a GALNT12 como un gen de alta penetrancia para CCR. Por otro lado, hemos evaluado el papel de la longitud telomérica como modulador del riesgo a desarrollar cáncer en las formas de CCR hereditario no polipósico. Hemos observado que muestran un patrón distinto en función del estado de la maquinaria de reparación de bases desapareadas: Acortamiento para pacientes con SL y elongamiento para el CCRf-X. Además, descartamos el acortamiento de los telómeros como mecanismo molecular que explique el fenómeno de la anticipación genética observada en el SL. / Family history is thought to involve approximately 20% of all colorectal cancers (CRC). However, only a minority are explained by germline genetic mutations in well-known high penetrance genes. To identify novel hereditary CRC genes, we studied by exome sequencing two familial CRC of type X (fCRC-X) families. That is, Amsterdam-positive families with mismatch repair proficient tumors, and which genetic etiology is unknown. The first family examined resulted to be a case of MUTYH-associated CRC with an atypical phenotype. The analysis of the second family prompted us to the identification of a new CRC susceptibility gene that could explain ~3% of fCRC-X. Moreover, we have studied the gene GALNT12, suggested as a candidate gene that might cause a fraction of the unexplained familial CRC cases. Our results rule out GALNT12 as a major high penetrance gene for CRC. On the other hand, we have evaluated the role of blood telomere length in the risk of hereditary non-polyposis CRC. We have identified different patterns of telomere length according to the status of the MMR system: shortening for Lynch syndrome patients and elongation for fCRC-X. Additionally, we discard telomere length attrition as the common cause of genetic anticipation in Lynch syndrome.

No es coneix encara què causa l’esquizofrènia, el trastorn bipolar, la depressió major i altres trastorns mentals greus però els factors genètics hi tenen un paper rellevant. La majoria d’estudis genètics han buscat mutacions o variants de risc associades a la malaltia en el genoma nuclear, però gairebé totes les cèl•lules humanes contenen un altre genoma en els mitocondris. Aquest altre genoma és l’ADN mitocondrial (ADNmt), de cabdal importància per a la generació d’energia de totes les cèl•lules. El present treball de tesi analitza la implicació de l’ADNmt en tres trastorns mentals greus: esquizofrènia, trastorn bipolar i depressió major. El treball Torrell H, et al, Am J Med Genet 2013 presenta els resultats de l’anàlisi de l’ADNmt en teixit cerebral post mortem d’individus amb diagnòstic d’esquizofrènia, trastorn bipolar o depressió major en comparació amb individus control, convertint-se en el segon estudi que analitza l’expressió dels transcrits mitocondrials, el número de còpies de l’ADNmt i la presència de delecions en aquest en teixit cerebral. Aquest anàlisi es basa en la tècnica de la PCR quantitativa (qPCR de l’anglès quantitative Polymerase Chain Reaction), una tècnica molt robusta però que tanmateix requereix el seguiment de criteris i passos metodològics per assolir resultats fiables. Per aquest motiu, previ a l’anàlisi de l’ADNmt en teixit cerebral aquestes mostres, vam realitzar un estudi per identificar els gens de referència més idonis per a normalitzar els nivells d’expressió dels transcrits mitocondrials; i també per conèixer quines característiques dels bioespècimens podien interferir en l’anàlisi d’expressió. Vam identificar cinc gens de referència òptims per a aquestes mostres de teixit de còrtex occipital; i que la qualitat de l’ARN emprat era una variable a tenir en compte per a l‘anàlisi de l’expressió gènica Abasolo N, Torrell H, et al, J Psychiatr Res. La tria dels millors gens de referència, juntament amb el seguiment acurat dels criteris metodològics per a dur a terme tant la RT-qPCR com la qPCR, converteixen aquest treball en el primer estudi rigorós metodològicament que es publica sobre la implicació de l’ADNmt en còrtex occipital d’individus amb esquizofrènia, trastorn bipolar i depressió major. Fruit d’aquest estudi, publicat en la revista American Journal of Medical Genetics i exposat al I Congrés Internacional de Biologia de Catalunya (juliol de 2012), es van detectar nivells d’expressió del gen mitocondrial MT-ND1 significativament més elevats en individus amb diagnòstic de trastorn bipolar que en controls. A més, es van observar certes tendències en referència a l’expressió dels gens mitocondrials i a la presència de delecions en els diferents trastorns mentals en comparació amb els individus control. El número reduït de mostres (15 per categoria diagnòstica) i l’anàlisi d’una única regió cerebral són limitacions d’aquest estudi, de manera que aquestes tendències observades podrien comportar resultats significatius si s’analitzessin mostres més grans. El treball Torrell H, Salas A, et al. American Journal of Medical Ge (en revisió) presenta els resultats de l’anàlisi de l’ADNmt en relació a l’esquizofrènia. En aquest estudi s’ha analitzat la seqüència de l’ADNmt en 14 pacients d’esquizofrènia amb aparent herència materna, però no s’ha identificat cap variant susceptible d’estar associada a la transmissió de la malaltia. Sí que es van seleccionar 23 variants presents en els pacients que van ser posteriorment analitzades en un estudi d’associació cas-control (495 i 615 individus respectivament). Dues d’aquestes variants eren significativament més freqüents en pacients que en controls. Aquestes dues variants, s’analitzaren en relació a la psicopatologia, neuropsicologia i a la funcionalitat de la cadena respiratòria mitocondrial dels pacients, però les anàlisis no van identificar cap relació entre ser portador de les variants i aquestes expressions fenotípiques. L’esquizofrènia és una malaltia poligènica i complexa i aquesta complexitat requeriria que els estudis d’associació tinguessin capacitat tècnica per poder analitzar possibles variants heteroplàsmiques i l’anàlisi d’un major número de casos i controls que permetés una potència estadística més elevada per a poder detectar variants de risc poc freqüents o variants amb un efecte menor sobre la malaltia. De cara al futur, s’hauria d’apostar per promoure estudis de seqüenciació massiva i/o de GWAS de variants de l’ADNmt, tant puntuals com estructurals, que incloguessin prou número d’individus per poder identificar la implicació de l’ADNmt en aquests trastorns mentals greus i, en cas que hi estigués implicat, poder començar a treballar en possibles accions terapèutiques. / Schizophrenia, bipolar disorder and major depressive disorder are mental illnesses with unknown ethology. However, genetic epidemiological studies have identified a major genetic contribution that interacts with environmental factors. Several genetic studies support this genetic contribution but large nuclear genome-wide association studies have thus far not yielded a clear disease-associated genetic marker for any psychiatric disorder. Most genetic studies are based on the nuclear genome but almost all cells contain another genome: the mitochondrial genome (mtDNA) which plays an essential role in energy production and cell maintenance. The present work analyses the implication of mtDNA in three major mental disorders: schizophrenia, bipolar disorder and major depressive disorder. The paper Torrell H, et al, Am J Med Genet 2013 analyzed the mtDNA expression, content and presence of the common deletion in a myelinated region of the brain in schizophrenia (SCH), bipolar disorder (BD) and major depressive disorder (MDD) patients because the mtDNA is vital to the proper function of the respiratory chain. The method used for obtaining these results was reverse transcription quantitative real-time PCR (RT-qPCR) due to its high specificity, large dynamic range, and high accuracy. However, a lack of consensus exists on how best to perform and interpret RT-qPCR data and for that reason we first identified and evaluated suitable reference genes and variables related to clinical, demographic, and specimen characteristics of each sample that could affect the interpretation of RT-qPCR data. We identified five potential reference genes and the RNA quality index as highly correlated with gene expression and these results were published in a previous paper Abasolo N, Torrell H, et al, J Psychiatr Res. The paper Torrell H, et al, Am J Med Genet 2013 reported that 1) MT-ND1 gene expression was significantly increased in the BD group compared with the C group and 2) MDD and SCH patients showed a similar pattern of mtDNA expression, which was different from that in BD patients. The paper Torrell H Am J Med Genet (under review) tested whether mtDNA mutations and/or variants are present in schizophrenia patients and related to schizophrenia characteristics and mitochondrial function. This study was performed in three steps: 1) identification of pathogenic mutations and variants in 14 schizophrenia patients with an apparent maternal inheritance of the disease by sequencing the entire mtDNA; 2) case‐control association study of 23 mtDNA variants identified in step 1 in 495 patients and 615 controls; and 3) analyses of the associated variants according to the clinical, psychopathological and neuropsychological characteristics and according to the oxidative and enzymatic activities of the mitochondrial respiratory chain. We did not identify pathogenic mtDNA mutations in the 14 sequenced patients. Two known variants were nominally associated with schizophrenia and were further studied. The MTRNR2 1811A>G variant likely does not play a major role in schizophrenia, as it was not associated with clinical, psychopathological or neuropsychological variables, and the MT‐ATP6 9110T>C variant did not result in differences in the oxidative and enzymatic functions of the mitochondrial respiratory chain. The patients with apparent maternal inheritance of schizophrenia did not exhibit any mutations in their mtDNA. Future work should focus on next generation sequencing and genome-wide association studies with large samples in order to identify low risk variants associated with schizophrenia and/or other major mental disorders.

Tesi realitzada a l'Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC) / The formation of the central nervous system (CNS) requires the generation of a remarkable diversity of neurons, which must be produced in adequate amounts in the location and timing during development. Studies on the development of the spinal cord, the caudal and simpler anatomically vertebrate CNS, have shown that the neuronal diversity is progressively acquired through the processes of cell type specification. In amniotes, patterning of the neural tube along the dorsal-ventral axis generate 11 distinct domains of neural progenitors. Thus, the developing spinal cord, may be subdivided into 6 dorsal domains of progenitors (dP1-6, from dorsal to ventral) and a ventral part consisting of 5 domains (p3, pMN, p2-0, of ventral to dorsal). Dorsal and ventral domains of progenitors generate classes spinal neurons involved in sensory and motor circuits, respectively. Thus, accurate identification of each of the molecules that regulate this process is crucial. First, in this study, we focus on the function of LMO4 during neurogenesis in the development of the dorsal spinal cord. Using electroporation in ovo, in chicken embryos, as a method for modulating the activity of LMO4 in vivo, we demonstrated that LMO4 is dispensable for maintaining patterns progenitor cells, but is necessary for proper generation of discrete classes of interneurons ie , dI1/3/5. Further we provided evidence that LMO4 activity is essential for the promotion of these identities by the canonical BMP activity and suggest that LMO4 and SMAD1 / 5 contribute to the multi-protein complexes that regulate the genetic program for the specification of interneurons dI1 / 3/5. In the second part of this thesis, we study the peripheral nervous system, PNS, and one type of cancer that is derived from the PNS. Neuroblastoma (NB) is a neurological tumor that arises from neural crest cells (NC) and is the most common extracranial tumor in children. NB represents a very heterogeneous group of tumors in terms of biological, genetic and morphological characteristics. Clinically, these tumors can develop differently, since spontaneous remission differentiation or apoptosis (NC behavior resembling normal) to aggressive metastatic disease with low rates of overall survival. The neuroectodermal origin of NB suggests that these tumors can spread from its primary site using mechanisms similar to those involved in the delamination and dispersion of embryonic neural crest cells, and genes involved in cell migration of neural crest cells may also be involved in the acquisition of the phenotype of invasive NB. We developed marker for neural crest lineage and taking the hypothesis that the molecular mechanisms that mediate the neural crest delamination may also be involved in the spread of neuroblastoma, we were able to identify genes that are expressed in the neural crest development and formation of neuroblastoma. A subsequent search in the NBGS (neuroblastoma gene server) for the human orthologous of genes differentially expressed in neural crest chicken embryo, retrieved LMO4 which was expressed in both cell types tested. Functional experiments in these two systems, revealed that the activity LMO4 is required for delamination of the neural crest and for neuroblastoma cell invasion. Moreover, LMO4 identified as an essential cofactor in the cadherin repression mediated Snail2 and epithelial to mesenchymal transition from neural crest cells and neuroblastoma. Together, our results suggest that the association of high levels of LMO4 with aggressive neuroblastomas, depends on the regulation of cadherin expression by LMO4 and therefore tumor invasiveness. / La formación del sistema nervioso central requiere la generación de una gran diversidad de neuronas, y la identificación de las señales moleculares que regulan este proceso es por lo tanto crucial. En esta tesis, me he centrado primero en estudiar la función de LMO4 durante la neurogénesis en la médula espinal dorsal. Mediante las electroporación in ovo, en embriones de pollo, como una metodología para modular la actividad LMO4 in vivo, se demostró que LMO4 era prescindible para el mantenimiento de los patrones de progenitores, pero que se requiere para la correcta generación de subtipos concretos de interneuronas dorsales (dI1/3/5). Por otra parte, se demostró que la actividad LMO4 es esencial para la promoción de estas identidades mediante la actividad BMP canónica, y proponemos que LMO4 y Smad1 / 5 forman parte de los complejos de proteínas que impulsan el programa genético de especificación de dI1/3/5. En la segunda parte de la tesis, he estudiado el sistema nervioso periférico, así como tumores que surgen de él. El neuroblastoma es un tumor embrionario derivado de células de la cresta neural. Aprovechando un nuevo marcador desarrollo para el linaje de cresta neural y en base a la hipótesis de que los mecanismos moleculares que median la delaminación de la cresta neural también están involucrados en la propagación del neuroblastoma, identificamos varios genes comunes en el desarrollo de la cresta neural y el neuroblastoma. Una búsqueda posterior de los ortólogos humanos del NBGS (genes expresados en neuroblastoma) observamos que LMO4 se expresa en ambos tipos de células analizadas. Experimentos funcionales en estos dos sistemas modelo revelaron que se requiere la actividad LMO4 durante la invasión de células del neuroblastoma y durante la delaminación de la cresta neural. Además, identificamos LMO4 como un cofactor esencial de Snail2, en la represión de la expresión de cadherina, y por tanto en la transición epitelio mesenchyma de la cresta neural y de las células de neuroblastoma. En conjunto, nuestros resultados sugieren que la asociación de altos niveles de LMO4 con neuroblastomas agresivos depende de la regulación de cadherina y, por tanto, de la invasividad tumoral.

La morfogènesi dels organismes multicel•lulars depèn de la coordinació de varies vies moleculars capaces de controlar i coordinar diverses característiques cel•lulars com ara la seva proliferació, diferenciació, morfologia i migració. En particular, la migració i el guiatge cel•lulars són dos processos essencials durant la morfogènesi que requereixen una coordinació temporal i espacial molt precisa per a que las cèl•lules puguin establir connexions a llargues distàncies. Conèixer la seva regulació és crucial per entendre el desenvolupament normal dels organismes multicel•lulars i els processos de carcinogènesi. La morfogènesi del sistema traqueal i del sistema nerviós de Drosophila melanogaster són models àmpliament utilitzats per estudiar la migració i el guiatge cel•lular en la morfogènesi. Es va procedir a l’anàlisi d’una col•lecció de mutants embrionaris identificats pels seus fenotips en el sistema nerviós a fi de detectar fenotips traqueals. Un d’aquests mutants es va mapejar com un al•lel de patched (ptc), receptor de la via de senyalització de Hedgehog (Hh), i hem analitzat la contribució d’aquest en el sistema traqueal, i en particular, la seva implicació durant la migració i el guiatge cel•lular. En concret, l’objectiu del nostre estudi va ser el fet que en els embrions mutants de ptc, les branques ganglionars (BGs) no estenen fins arribar al sistema nerviós central, tal i com passa en els embrions wt. Vam detectar que el nombre de cèl•lules que constitueix l’arbre traqueal en els mutants de ptc és un 35% menor que en els embrions wt, fet que no és degut a apoptosi, ja que no hem detectat activitat de la caspasa, i el fet de tenir menys cèl•lules tampoc és el causant de la falta de migració de les BGs. El fenotip traqueal dels embrions de ptc ja és visible a estadis primerencs de l’embriogènesi, com 12 i 13, en els que les BGs comencen a mostrar defectes de migració/extensió, i mostren un nombre més elevat de cèl•lules positives per DSRF (factor de transcripció que s’expressa en les cèl•lules terminals), en comparació amb els embrions wt. L’activació o la inactivació de la via de senyalització de Hh només en les cèl•lules de la tràquea, ja sigui utilitzant formes actives o inactives, no mostra cap fenotip, la qual cosa suggereix un requeriment no-autònom de les cèl•lules de la tràquea pel que fa la via de senyalització de Hh. A més, la sobreexpressió de Hh en la regió embriònica ventral, reprodueix el fenotip de la migració/extensió de les BGs. Per aquesta raó, vam analitzar l’expressió de branchless (bnl), el lligand de la via de FGF, en mutants embrionaris de ptc, on la migració no té lloc correctament. A través d’anàlisis d’hibridacions in situ i de quantificacions amb la RT-PCR, vam poder detectar nivells més alts d’expressió de bnl en embrions mutants de ptc en comparació amb el wt. En paral•lel al projecte de Ptc en el sistema traqueal, com que ja havíem observat alguns fenotips en el sistema nerviós, vam decidir analitzar més curosament les observacions que havíem fet en la sobreexpressió de Hh en la línia mitjana. És sabut que en vertebrats, el morfogen Shh actua com un quimioatraient d’axons que col•labora amb la Netrin-1 pel guiatge d’aquests en la placa del terra. Nosaltres hem pogut demostrar que en Drosophila es produeix el mateix efecte, ja que si sobreexpressem el morfogen tant en la línia mitjana utilitzant sim o fora de la línia mitjana utilitzant Apterous (Apt) com a driver, es confirma l’efecte de Hh com a molècula de guiatge axonal. / We have analysed the tracheal phenotype of patched (ptc) mutant embryos to clarify the involvement of Ptc in tracheal development, in particular its role in cell migration and pathfinding. One of the main points of interest is the fact that in ptc mutants the ganglionic branches (GB) do not invade the ventral nerve cord as they do in the wild-type (wt). We found that the number of cells that constitute the tracheal tree in the mutant is slightly lower than in wt but these changes in cell number are not due to apoptosis, as we cannot detect any additional caspase activity in mutant embryos, and, in addition, these lower numbers of cells are not sufficient to prevent the extension of the GBs. The ptc tracheal phenotype is already visible by stage 12 and 13 of embryogenesis when the GBs start showing defects in migration/extension, and show higher number of DSRF positive cells, compared to the wt. Embryonic Ptc protein expression and activation or inactivation of the Hh pathway in tracheal cells alone, either using active or inactive forms, does not show a phenotype, suggesting a non-autonomous requirement for the Hh pathway in tracheal cells. In addition, overexpression of Hh in the embryonic ventral region, phenocopies the GB migration/extension phenotype. For these reasons, we have analysed the expression of Branchless (Bnl), the FGF ligand, in ptc mutant embryos, where migration is not properly occurring. By using in situ hybridisation and RT-PCR we have found that wt and ptc mutants show different levels of bnl expression, these being higher in ptc mutants than in wt embryos. In parallel of the Ptc project in the tracheal system, and since we already knew and have observed some phenotypes in the nervous system, we decided to further analyse some observations we have done while overexpressing Hh in the midline. It is reported that in vertebrates the morphogen Sonic Hedgehog acts as an axon chemoattractant that collaborates with Netrin-1 in midline axon guidance at the level of the floor plate. We have been able to demonstrate that the same is occurring in Drosophila. We could see the same effect while overexpressing the morphogen outside the midline using Apterous (Apt) as a driver, confirming the effect of Hh as a guidance molecule.

The present thesis provides new information about pelagic decapod crustaceans, specially so concerning the Mediterranean pasiphaeids. Remarkable differences in the pattern of distributions of the pasiphaeids were observed according to the influence of Atlantic waters. Overall both abundance and biomass of the pasiphaeids in Alboran Sea was higher than in the rest of the Iberian Mediterranean populations. The depth on which the pasiphaeids started to occur in appreciable density was also shallower in the Alboran Sea where the P. sivado presented the widest depth range of distribution as well as the biggest size of first maturity of females. This size was progressively smaller with increasing distance from the Atlantic water source, i.e the Gibraltar Strait area. Overall the two species presented a size structure that changed with depth, with younger individuals occupying shallower depths and biggest adults occupying deeper bathymetries. P. multidentata juveniles were only observed in the Catalan Sea while they were absent in the Alboran Sea. Size and morphological dimorphism of P. sivado were reported for the first time in the present thesis. All the five pleopods of females were thinner and more elongated than male pleopods, which in turn were rounded anteriorly and had robust shapes. A critical size from which the population sex ratio biases changed from females to males dominance was found in all P. sivado populations of the Mediterranean Iberian coast. This critical size was different and progressively larger again from populations nearest the Gibraltar Strait versus those placed in the Catalan Sea, in concordance with the female first maturity size gradient. The present thesis also provides a first attempt to investigate the influence of the Gibraltar Strait on the genetic population structure of the species by using congener benthopelagic shrimps that dwell in different depth strata. The Gibraltar Strait was shown to be a strong and unique geographical barrier to the genetic flux of both P. sivado and P. multidentata, due the presence of a marked genetic structure characterized by two main haplotypes: one Atlantic and another one Mediterranean. Other new information related to the phylogeny of the genus Pasiphaea was that P. sivado a much higher genetic divergence when compared to the rest of pasiphaeid species analysed, indicating that several genetic subgroups do occur within the genus Pasiphaea. The study of the pelagic decapod community in the waters around the island of Mallorca, placed between the Algerian and the Catalano-Balearic basins, showed the occurrence of two main assemblages: one above the shelf break and another one above the middle slope. The shelf community was characterized by the dominance of almost transparent species, such as Sergestes arcticus, the species that reached the greatest abundances, and P. sivado that was omnipresent in all pelagic strata. The novel registration of Chlorotocus crassicornis and Plesionika heterocarpus in the pelagic realm were restricted to the shelf-break at the Deep Scattering Layer. The red body species Gennadas elegans, Pasiphaea multidentata, and Sergia robusta, were restricted to the middle slope. No significant differences concerning the sampling geographic area or seasonality were found. Actually, the decapod pelagic community of the Balearic Sea was mainly structured by both the geomorphology (and associated hydrographic characteristics of the shelf/slope transition) and the influence of light in the water column. No decapod crustacean species occurred in epipelagic daytime samples. Size analysis showed the occurrence of species-specific patterns concerning the size/age movements into the water column throughout the day-night cycle. Moreover, the present work clearly confirms the presence of adult P. multidentata in the water column, evidencing that the adult fraction of the population has also the ability to perform vertical migrations. / Aquesta tesi presenta nova informació sobre crustacis decàpodes pelàgics, principalment sobre els pasifèids presents a la Mediterrània: Pasiphaea sivado i Pasiphaea multidentat. S’han trobat diferències importants en les pautes de distribució dels pasifèids en relació a la influència de les aigües atlàntiques a la Mediterrània. Globalment, tant l’abundància com la biomassa dels pasifèids del Mar d’Alboran van ser superiors que a la resta de poblacions mediterrànies mostrejades. La profunditat a la qual es comencen a trobar les diferents espècies de pasifèids de la Mediterrània és també menor a la Mar d’Alboran, on P. sivado va presentar el major rang de distribució en fondària, així com també la més gran talla de maduresa en femelles. Aquesta talla es va fent progressivament menor a mesura que augmenta la distància a la font d’aigües atlàntiques, és a dir, de la zona de l’Estret de Gibraltar. Ambdues espècies van presentar una estructura de talles variable en funció de la profunditat, amb individus juvenils ocupant profunditats més somes que els adults. Addicionalment, juvenils de P. multidentata només es van observar al Mar Català, mentre que van ser absents del Mar d’Alboran, fet que suggereix l’existència de diferències important en l’estacionalitat de la reproducció i/o de la dinàmica de les poblacions. L’existència de dimorfisme sexual entre mascles i femelles de P. sivado es reporta per primera vegada en aquesta tesi, així com de diferències significatives en l’estructura de talles entre sexes. Els cinc pleopodis de les femelles adultes són clarament més fins i allargats que els pleopodis dels mascles adults, els quals són arrodonits anteriorment i tenen una forma més robusta. S’ha detectat una talla crítica a partir de la qual la proporció de sexes de les poblacions canvien cap a una dominància significativa dels mascles. Aquesta talla disminueix progressivament i significativa des de la població més propera a l’Estret de Gibraltar, la del Mar d’Alboran, passant per la població d’Alacant, fins a la població del Mar Català, en concordança amb els canvis observat a la talla de maduresa de les femelles. Aquesta tesi també presenta una primera aproximació a investigar el paper de l’Estret de Gibraltar sobre l’estructura genètica de les poblacions de pasifèids, utilitzant les dues espècies utilitzades en els capítols precedents, les quals representen espècies congenèriques, simpàtriques geogràficament, però amb una marcada distribució batimètrica diferencial. Les anàlisis efectuades han mostrat que l’Estret de Gibraltar constitueix una forta i única barrera geogràfica per a la connectivitat genètica entre les poblacions d’ambdues espècies situades a una banda i altra de l’Estret. En ambdues espècies s’ha detectat l’existència d’una marcada estructuració genètica caracteritzada per dos haplotips principals, un que es troba només en poblacions atlàntiques, i un altre únicament en poblacions mediterrànies. Basant-se també en característiques genètiques, s’ha obtingut nova informació referent a la filogènia del gènera Pasiphaea, que mostra l’existència d’una important divergència genètica entre P. sivado i la resta d’espècies de la família Pasiphaeidae de les quals en l’actualitat es té informació, fet que indica que dins del gènere Pasiphaea es troben diferents subgrups genètics ben delimitats. L’estudi de la comunitat de crustacis decàpodes pelàgics en aigües al voltant de l’illa de Mallorca, localitzada entre les conques Algeriana i Catalano-Balear ha mostrat la presència de dues comunitats faunístiques diferenciades, no geogràficament sinó en funció de la batimetria: una en aigües localitzades sobre el límit plataforma-talús i una altra al damunt del talús mig. La comunitat més soma, la del límit plataforma-talús, es va caracteritzar per la dominància d’espècies pràcticament transparents, com Sergestes arcticus, l’espècie que va assolir les abundàncies més elevades, i Pasiphaea sivado, espècie omnipresent a tots els nivells pelàgics mostrejats. Els registres a l’ambient pelàgic de Chlorotocus crassicornis i Plesionika heterocarpus, no citades anteriorment en aquest ambient, es van restringir a les capes de difusió profunda del límit plataforma-talús. Les espècies de coloració més vermellosa (Gennadas elegans, Pasiphaea multidentata i Sergia robusta) es van localitzar únicament sobre fons del talús mig. No es van trobar diferències significatives en funció de la localització geogràfica o de les dues estacions de l’any mostrejades. Es considera que la comunitat de crustacis decàpodes pelàgics del Mar Balear està fonamentalment estructurada tant per la geomorfologia i característiques hidrogràfiques associades a la transició entre la plataforma i el talús continentals, com per la influència de la llum a la columna d’aigua. No es van trobar espècies de crustacis decàpodes en mostres epipelàgiques preses durant el dia. L’anàlisi de les talles dels individus capturats ha mostrat que els moviments de les diferents classes de talla (edat) a través de la columna d’aigua varien al llarg del cicle dia-nit d’una manera diferencial en funció de cada espècie. Adicionalment, aquest treball confirma clarament que la fracció adulta de la població de Pasiphaea multidenta presenta també la capacitat de dur a terme migracions verticals. S’és conscient que existeixen avui dia encara molts forats en el coneixement de l’autoecologia i cicle vital tant dels pasifèids com de la resta de decàpodes pelàgics. Moltes qüestions romanents per a comprendre millor l’estructura i dinàmica de poblacions, distribució i filogènia, podrien ser millor enteses i discutides si hagués més coneixença sobre el cicle vitat, els estadis larvaris i post-larvaris, així com sobre la dispersió i connectivitat de les poblacions. L’elevat esforç de mostreig, i el seu alt cost associat, són encara avui dia una de les raons principals de l’escassetat d’informació disponible.

Els calçots, tiges florals immadures de la ceba (Allium cepa L.), són un cultiu típic de Catalunya i juguen un paper important en l’agricultura catalana. Es calcula que la producció de la campanya 2012-2013 va ser d’uns 48 milions d’unitats, amb un creixement constant els últims anys. Aproximadament el 15% d’aquesta producció es comercialitza sota el segell de qualitat europeu “Indicació Geogràfica Protegida Calçot de Valls”. La varietat més comunament usada per a la producció de calçots és la ceba Blanca Tardana de Lleida (CBTL), que va començar, segons la opinió dels productors, una progressiva disminució del nombre de calçots per planta, ara fa uns 8 anys. L’objectiu principal d’aquesta tesi és, doncs, obtenir nous cultivars més productius, però l’escassa informació sobre la base genètica dels caràcters comercialment importants i les tècniques de maneig més eficients ha obligat a desenvolupar eines metodològiques per avançar en la millora del calçot. Així doncs, la tesi s’articula en cinc articles publicats en revistes indexades i on és recullen com a principals resultats: a) Un mètode estandarditzat de preparació de calçots per anàlisis sensorials i químiques consistent en la cocció al forn durant 18 minuts a 270oC, i la transformació en puré; b) La formulació de l’idiotip sensorial dels calçots basat en una dolçor elevada, baixa fibrositat i absència de sabors atípics; c) El valors elevats de variabilitat sensorial i agromorfològica inter-varietal estimada en calçots produïts per diverses varietats espanyoles de prestigi, algunes de les quals podrien incorporar-se a programes de millora; d) La modelització de poblacions de calçots mitjançant la funció de Gompertz pel que fa a l’evolució del nombre de calçots per planta al llarg del cultiu, la qual cosa permet fer comparacions i facilita la presa de decisions sobre el moment de collita; e) Les similituds en el fons genètic de les varietats tradicionals espanyoles de ceba estimada mitjançant AFLPs i microsatèl•lits, abonant un considerable flux genètic entre varietats i la diferenciació morfològica per pocs loci; f) El desenvolupament d’equacions de regressió eficients que permeten estimar el nombre de calçots de la planta a partir del nombre d’ulls que es detecten en l’estadi de ceba, i determinació de la influència de les dimensions mínimes que ha de tenir la ceba perquè s’expressi el potencial genètic de producció de calçots; g) Finalment, com a resultat del programa de millora, s’han desenvolupat els cultivars Roquerola, amb un desenvolupament primerenc i un nombre mitjà de calçots (4.6 calçots comercials per planta al Gener), i el cultivar Montferri amb un desenvolupament més tardà i que assoleix una mitjana de 8 calçots comercials per planta al Març. / ‘Calçots’, the floral stems of second-year onion (Allium cepa L.) resprouts, are a typical crop from Catalonia and they play and important role in Catalan agriculture. In the last season (2012-2013), 48 millions of units were produced and this number is constantly increasing. Around 15% of this production is commercialized under the European quality label ‘Protected Geographical Indication Calçot de Valls’. The landrace ‘Ceba Blanca Tardana de Lleida’ (CBTL), the most commonly used variety in the production of ‘calçots’, has undergone a gradual decreasing of the ‘calçots’ number per plant in the last 8 years. Therefore, the main aim of this thesis is to obtain more productive cultivars for ‘calçots’ production. However, the lack of information about the genetic basis of the main commercial traits and the most efficient handling techniques, made it necessary to develop methodological tools to move forward in ‘calçots’ breeding. As a result, the thesis is articulated in five indexed peer-reviewed papers, with the following main results: a) A standardized protocol for the preparation of samples for sensory and chemical analysis where 50 commercial-size ‘calçots’ per entry are roasted at 270oC for 18 minutes, and then pureed; b) The design of a sensory ideotype for ‘calçots’ based on high sweetness, low fiber perception, and low off flavors perception; c) The finding of high sensory and agromorphological intervariety variability for 'calçots’ produced by different prestigious Spanish onion landraces, which could be incorporated in breeding programs; d) The modeling of ‘calçots’ populations through the determination of the ‘calçots’ number per plant at different stages of the crop, using a Gompertz function, which allows establishing comparisons and clarifying the optimum harvest time; e) The report of a high similarity in the Spanish onion landraces genetic background, estimated using SSR and AFLP, suggesting an important genetic flow among varieties and the implication of few loci in morphological differentiation; f) The development of efficient regression equations enabling good estimations of the number of ‘calçots’ per plant from the number of gemmae measured in the bulb phase, and the determination of the minimum size of the onion bulb that enables a non-limited expression of the genetic potential for ‘calçots’ production; g) Finally, as a result of a breeding program, we have developed the new cultivars ‘Roquerola’, with an early development and an medium number of ‘calçots’ (4.6 commercial ‘calçots’ per plant in January), and ‘Montferri’, with a late development and 8 commercial ‘calçots’ in March on average.