Tesis por compendio / [ES] La domesticación de los cítricos es un proceso en gran parte desconocido. Las investigaciones llevadas a cabo hasta la fecha indican que las variedades de cítricos que se comercializan en la actualidad son, en general, el producto de introgresiones ancestrales intraespecíficas e interespecíficas. Las introgresiones de tipo intraespecífico tuvieron lugar entre las poblaciones de dos subespecies antiguas de mandarinas y aportaron el comportamiento apomíctico que la mayoría de las mandarinas actuales y otros cítricos relacionados conservan todavía hoy. Una vez dichas mezclas genéticas o admixtures quedaron establecidas, otras introgresiones interespecíficas de pummelo establecieron nuevas características en el genoma de mandarina. Durante el proceso de domesticación, la variabilidad genética de estos cítricos se adquirió fundamentalmente a través de mutación espontánea, y mediante la práctica del injerto los genotipos carentes de semillas se extendieron rápidamente, acentuándose el papel de las mutaciones en la selección de cítricos como las naranjas y las mandarinas modernas. En este trabajo, mostramos que las mutaciones somáticas en cítricos se propagan siguiendo un patrón iterativo determinado por un modelo de ramificación simpodial y, en consecuencia, se agrupan en sectores a lo largo del árbol, donde algunas mutaciones quedan permanentemente fijadas. En este escenario, un árbol puede considerarse un mosaico genéticamente compuesto de diferentes genomas, en el que las ramas más jóvenes acumulan un número mayor de mutaciones. En promedio, nuestro árbol experimental de Clementina de 36 años muestra una tasa de mutación de 4.4 × 10-10 bp-1 yr-1, pudiendo contener en total entre 1500 y 5000 variantes y producir 1 mutación somática en cada meristemo axilar. Este número relativamente alto de mutaciones está en línea con el gran número de variedades derivadas de mutaciones espontáneas que se comercializan en cítricos. Para identificar caracteres esenciales adquiridos durante la domesticación, se han analizado los transcriptomas de la pulpa de frutos en desarrollo de la variedad silvestre e incomestible papeda de Ichang, la mandarina ácida Sun Chu Sha Kat y tres segregantes comestibles derivados de un cruce entre mandarinas comerciales. Basándonos en los resultados obtenidos, se propone que durante la transición de las papedas incomestibles a las mandarinas ácidas, la domesticación se caracterizó por una primera fase de cambios radicales en la expresión de los genes que regulan rutas fundamentales tanto del metabolismo primario como del secundario. Esta fase estuvo determinada principalmente por la estimulación de los procesos de crecimiento y la reducción de las defensas químicas, constituidas por compuestos de sabores desagradables. También se sugiere que en una segunda fase los atributos asociados a la palatabilidad de las mandarinas, especialmente la acidez, se mejoraron progresivamente a través de modificaciones específicas. Otros cambios de relevancia se relacionaron con la regulación de genes involucrados tanto en la síntesis de sustancias básicas de agradable aroma y sabor, como en la modulación de transportadores de azúcares. Por lo tanto, la transición entre las papedas incomestibles y las mandarinas de tipo ácido se caracterizó esencialmente por una drástica reprogramación de la expresión génica de rutas metabólicas fundamentales, mientras que las mandarinas modernas evolucionaron posteriormente mediante un refinamiento progresivo de las propiedades relacionadas con la palatabilidad. En su conjunto, estas observaciones sugieren que en cítricos, las tasas de mutación de los tejidos somáticos son consistentes con la idea de que las mutaciones desempeñaron un papel importante en las últimas fases de la domesticación. / [CAT] La domesticació dels cítrics és un procés en gran part desconegut. Les investigacions poratades a terme fins al moment indiquen que les varietats de cítrics comercialitzades hui en dia són, en general, el producte de introgressions ancestrals intraespecífiques i interespecífiques. Les introgressions de tipus intraespecífic van tindre lloc entre les poblacions de dues subespècies antigues de mandarina tot aportant el comportament apomíctic que la majoria de les mandarines actuals i altres cítrics relacionats encara conserven. Una vegada que aquestes barreges genètiques o admixtures es consolidaren, diferents introgressions interespecífiques de pummelo establiren noves característiques en el genoma de mandarina. Durant el procés de domesticació, la variabilitat genètica dels cítrics va ser assolida mitjançant mutació espontània i, per mitjà de la pràctica de l'empelt, genotips sense llavors es van estendre ràpidamente, accentuant el paper de les mutacions en la selecció de cítrics com les taronges i les mandarines modernes. En aquest treball, mostrem com les mutacions somàtiques en cítrics es propaguen seguint un patró iteratiu determinat per un model de ramificació simpodial i, en conseqüència, queden agrupades al llarg de l'arbre, on algunes d'aquestes mutacions romanen fixades. En aquest escenari, un arbre pot ser considerat un mosaic genèticament format per diferents genomes, en el qual les branques més joves acumulen un nombre major de mutacions. De mitjana, el nostre arbre experimental de Clementina mostra una ràtio de mutació de 4.4 × 10−10 bp−1 yr−1, arribant a incloure en total entre 1500 i 5000 variants i produint-hi 1 mutació somática en cada meristem axil·lar. Aquest nombre relativament elevat de mutacions està en línia amb el gran nombre de varietats provinents de mutacions espontànies que es comercialitzen en cítrics. Per tal d'abordar la identificació de trets essencials adquirits durant la domesticació, s'ha analitzat el transcriptoma de fruits en desenvolupament de la varietat silvestre i incomestible papeda d'Ichang, la mandarina àcida Sun Chu Sha Kat i tres segregants comestibles derivats d'un creuament entre mandarines comercials. Basant-nos en els resultats obtinguts, s'ha proposat que durant la transició de les papedes incomestibles a les mandariens àcides, la domesticació es va caracteritzar per una primera fase de canvis radicals en l'expressió dels gens que regulen rutes fonamentals del metabolisme primari i secundari. Aquesta fase va estar determinada principalment per l'estimulació dels processos de creixement i la reducció de les defenses químiques de gust desplaent. També es suggereix que en una segona fase atributs associats a la palatabilitat de les mandarines, especialment l'acidesa, van ser millorats progressivament mitjançant modificacions específiques. Altres canvis de rellevància van estar relacionats amb l'estimulació de gens involucrats tant en la síntesi de substàncies bàsiques d'agradable aroma i sabor, com en la modulació de transportadors de sucres. Per tant, la transició entre les papedes incomestibles i les mandarines àcides va estar caracteritzada essencialment per una dràstica reprogramació de l'expressió gènica de rutes metabòliques fonamentals mentre que les mandarines modernes evolucionaren posteriorment mitjançant un refinament progressiu de propietats relacionades amb la palatabilitat. En conjunt, aquestes observacions suggereixen que, en els cítrics, les ràtios de mutació dels teixits somàtics són consistents amb la idea que les mutacions tingueren un paper important en les últimes fases de la domesticació. / [EN] Citrus domestication is a largely unknown process. Research carried out to date indicates that current commercial citrus varieties are, in general, the product of ancestral intraspecific and interspecific introgressions. Intraspecific introgressions took place between the populations of two antique subspecies of mandarins and contributed to the apomictic behavior that most current mandarins and other related citrus still retain today. Once these genetic admixtures were established, interspecific pummelo introgression brought new traits to the admixtured mandarin genome. During domestication, genetic variability of these citrus occurred mainly through spontaneous mutations and with the practice of grafting, seedless genotypes expanded rapidly, emphasizing the role of mutations in the selection of citrus such as oranges and modern mandarins. In this work, we provide evidence that somatic mutations in citrus propagate following an iterative pattern determined by the sympodial branching model and consequently are grouped in sectors along the tree, where some of them remain fixed. In this scenario, a tree can be considered a mosaic genetically composed of different genomes, in which younger branches accumulate greater number of mutations. On average, our 36-yr-old experimental Clementine tree shows a mutation rate of 4.4 × 10-10 bp-1 yr-1, may carry a total of 1,500 to 5,000 variants and produces 1 somatic mutation per axillary meristem. This relatively high number of mutations is in line with the large number of varieties derived from spontaneous mutations that are commercialized in citrus. To identify key traits elicited by citrus domestication, we analyzed transcriptomes from developing fruit pulp of wild inedible Ichang papeda, Sun Chu Sha Kat sour mandarin and three palatable segregants derived from a cross between commercial mandarins. Based on these results, we propose that during the transition from inedible papedas to sour mandarins, domestication involved a first phase of major changes in the expression of genes regulating central pathways of primary and secondary metabolism. This stage was mainly characterized by both the stimulation of growth processes and the reduction of distasteful chemicals defenses. It is also suggested that in a second phase, edible attributes of mandarins, especially acidity, were progressively improved through specific modifications. Other relevant changes included upregulation of genes involved in the synthesis of key substances of pleasant aroma and flavor, and the modulation of sugar transporters. Thus, the transition from inedible papeda to sour mandarin was essentially defined by a drastic reprogramming of gene expression of fundamental metabolic pathways, while modern mandarins evolved later through progressive refinement of palatability properties. Taken together, these observations suggest that the rates of mutations occurring in citrus somatic tissues are consistent with the idea that they have played an important role during the later steps of citrus domestication. / This research is co-funded by the Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (Spain) through grant RTI2018-097790-R-100 and by the European Union through the European Regional Development Fund (ERDF) of the Generalitat Valenciana 2014- 2020, through grants IVIA 51915 and 52002 / Pérez Román, E. (2022). Mutation Rate and Gene Expression in Genetic Admixtures of Domesticated Citrus [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191452 / Compendio

[ES] El curso natural de los tumores va acompañado de la acumulación progresiva de alteraciones genómicas, propiciando una cadena de eventos que resultan en inestabilidad genómica (IG). Éste fenómeno, caracterizado por alteraciones en el número de copias, constituye un hallmark genómico con impacto pronóstico más allá de la histología y otras características moleculares del tumor. En el ámbito de la investigación en oncología ginecológica, la IG ha ganado fuerza en los últimos años, permitiendo la estratificación de pacientes de acuerdo al pronóstico y la respuesta a agentes que dañan el ADN, como las terapias basadas en platinos y los inhibidores de PARP. En el cáncer de ovario, en particular, se ha descrito un subgrupo molecular caracterizado por alta incidencia de alteraciones en el número de copias relacionado con un mejor pronóstico y respuesta a quimioterapia. Esta correlación presenta la IG como un buen marcador predictivo y pronóstico. Así, un modelo basado en la IG trasladable a la práctica clínica constituirá una herramienta útil para la optimización de la toma de decisiones. La era de la medicina personalizada llegó de la mano de los estudios integrativos, donde las técnicas de alto rendimiento se aplican de manera combinada para obtener una visión molecular global de los tumores, completando y complementando la caracterización clásica a nivel anatómico e histológico. Esta tesis propone un estudio global de la IG como biomarcador pronóstico y predictivo de respuesta en cáncer ginecológico, haciendo hincapié en el cáncer de ovario seroso de alto grado y cáncer de endometrio. A través de la aplicación de estrategias basadas en NGS con la adaptación de pipelines de análisis disponibles obtuvimos los perfiles de IG de muestras de tejido fijadas en formol y embebidas en parafina, de una manera fiable, portable y coste efectiva, combinando herramientas de machine learning para ajustar modelos predictivos y pronósticos. Partiendo de esta premisa, ajustamos y validamos, en cohortes clínicas bien caracterizadas, tres modelos a partir de los datos ómicos individuales y un modelo integrativo (Scarface Score) que demostró la capacidad de predecir la respuesta a agentes que dañan el ADN en un escenario clínico concreto de pacientes con cáncer de ovario seroso de alto grado. Paralelamente, desarrollamos y validamos un algoritmo basado en el perfil de mutaciones, con impacto pronóstico, en cáncer de endometrio. Este algoritmo consiguió una estratificación que respondía al perfil de IG de los pacientes. Finalmente, se caracterizó un panel de líneas celulares de cáncer de ovario a nivel de respuesta, genético y genómico. Se interrogó el estatus de la vía de recombinación homóloga y su asociación a patrones de IG, completando el perfil molecular y estableciendo las bases para futuros estudios preclínicos y clínicos. Los resultados obtenidos en esta tesis doctoral presentan herramientas de gran valor para el manejo clínico en cuanto a la búsqueda de una medicina personalizada. Adicionalmente, diferentes estudios para trasladar el modelo predictivo a otros escenarios clínicos pueden ser explorados, usando como base el planteado, pero restableciendo puntos de corte nuevos y específicos. / [CA] El curs natural dels tumors va acompanyat de l'acumulació progressiva d'alteracions genòmiques, propiciant una cadena d'esdeveniments que resulten en inestabilitat genòmica (IG). Aquest fenomen, caracteritzat per la presencia de alteracions en el nombre de cópies, constitueix un hallmark genòmic amb impacte pronòstic més enllà de la histologia i altres característiques moleculars del tumor. En l'àmbit de la recerca en oncologia ginecològica, la IG ha guanyat força en els últims anys, permetent l'estratificació de pacients d'acord amb el pronòstic i la resposta d'agents que danyen l'ADN, com les teràpies basades en platins i els inhibidors de PARP. En el càncer d'ovari en particular, s'ha descrit un subgrup molecular caracteritzat per una alta incidència d'alteracions en el nombre de còpies relacionat amb un millor pronòstic i resposta a quimioteràpia. Aquesta correlació presenta la IG com un marcador predictiu i pronòstic adeqüat. Així, un model basat en la IG traslladable a la pràctica clínica constituirà una eina útil per a l'optimització de la presa de decisions. L'era de la medicina personalitzada va arribar de la mà dels estudis integratius, on les tècniques d'alt rendiment s'apliquen de manera combinada per a obtenir una visió molecular global dels tumors, completant i complementant la caracterització clàssica a nivell anatòmic i histològic. Aquesta tesi proposa un estudi global de la IG com a biomarcador pronòstic i predictiu de resposta en càncer ginecològic, posant l'accent en el càncer d'ovari serós d'alt grau i càncer d'endometri. A través de la aplicación d'estratègies basades en NGS amb l'adaptació de pipelines d'anàlisis disponibles, vam obtenir els perfils de IG de mostres de teixit fixades en formol i embegudes en parafina d'una manera fiable, portable i cost efectiva, combinant eines de machine learning per a ajustar models predictius i pronòstics. Partint d'aquesta premissa, vam ajustar i validar, en cohortes clíniques ben caracteritzades, tres models a partir de les dades omiques individuals i un model integratiu (Scarface Score) que va demostrar la capacitat de predir la resposta a agents que danyen l'ADN en un escenari clínic concret de pacients amb càncer d'ovari serós d'alt grau. Paral·lelament, desenvoluparem i validarem un algoritme basat en el perfil de mutacions amb impacte pronòstic en càncer d'endometri. Aquest algoritme va aconseguir una estratificació que responia al perfil de IG dels pacients. Finalment, es va caracteritzar un panell de línies cel·lulars de càncer d'ovari a nivell de resposta, genètic i genòmic. Es varen interrogar l'estatus de la via de recombinació homòloga i la seua associació a patrons de IG, completant el perfil molecular i establint les bases per a futurs estudis preclínics i clínics. Els resultats obtinguts en aquesta tesi doctoral presenten eines de gran valor per al maneig clínic en quant a la cerca d'una medicina personalitzada. Addicionalment, diferents estudis per a traslladar el model predictiu a altres escenaris clínics poden ser plantejats, usant com a base el propost però restablint punts de tall nous i específics. / [EN] The natural course of tumors matches the progressive accumulation of genomic alterations, triggering a cascade of events that results in genomic instability (GI). This phenomenon includes copy number alterations and constitutes a genomic hallmark that defines specific outcomes beyond histology and other molecular features of the tumor. In the context of gynaecologic oncology research, GI has gained strength in the last years allowing the stratification of patients according to prognosis and response to certain DNA-damaging agents, such as platinum-based therapies and PARP inhibitors. Particularly in ovarian and endometrial cancers, it has been described a molecular subgroup characterized by high copy number alterations (CNA) related to good prognosis and better response to chemotherapy. This relationship highlights GI as a predictive and prognostic biomarker. Hence, a GI-based model translated into clinical practice would constitute a tool for optimizing clinical decision-making. The era of personalised medicine arrived together with the coming of integrative studies, where results of high-throughput techniques are combined to obtain a comprehensive molecular landscape of the diseases, bringing a new paradigm to characterize the tumors beyond classical anatomic and histological characteristics. This thesis proposes a global study of the phenomenon of GI as a prognostic and predictive biomarker of treatment response in gynaecological cancers, mainly focused on high-grade ovarian cancer and endometrial cancer. Through the development of an NGS-based strategy with the adaptation of available pipelines of analysis, we obtained GI profiles on formalin-fixed paraffin-embedded samples in a reliable, portable, and cost-effective approach, with the combination of Machine Learning tools to fit prognostic and predictive models based on the integration of omic data. Based on that premise, we fit and validated, in well-characterized clinical cohorts, three single-source models and an integrative ensemble model (Scarface Score) that proved to be able to predict response to DNA-damaging agents in a clinical scenario of High-Grade Serous Ovarian Cancer. In addition, a mutational-based algorithm (12g algorithm) with prognostic impact was developed and validated for endometrial cancer patients. This algorithm achieved a GI-based stratification of patients. Finally, a panel of ovarian cancer cell lines was characterized at the response, genetic and genomic level, interrogating homologous recombination repair pathway status and its associated GI profiles, completing the molecular landscape, and establishing the basis and breeding ground of future preclinical and clinical studies. The results reported in this Doctoral Thesis provide valuable clinical management tools in the accomplishment of a reliable tailored therapy. Additionally, future studies in different tumor types and drugs for implementation of the predictive model can be planned, using as a base the defined one but re-establishing new and specific cut-offs. / The present doctoral thesis was partially funded by GVA Grants “Subvencions per a la realització de projectes d’i+d+i desenvolupats per grups d’investigació emergents (GV/2020/158)” and “Ayudas para la contratación de personal investigador en formación de carácter predoctoral” (ACIF/2016/008), “Beca de investigación traslacional Andrés Poveda 2020” from GEICO group and Phase II clinical trial (POLA: NCT02684318, EudraCT 2015-001141-08, 03.10.2015). This study was awarded the Prize “Antonio Llombart Rodriguez-FINCIVO 2020” from the Royal Academy of Medicine of the Valencian Community / López Reig, R. (2023). Genomic instability as a predictive biomarker for the application of DNA-damaging therapies in gynecological cancer patients [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199026