Leishmania spp. undergo substantial adaptations from being promastigotes, found in sandflies, to being amastigotes, residing in parasitophorous vacuoles within mammalian macrophages. In the past, microarray studies have sought to elucidate these adaptations using axenic amastigote systems or amastigotes purified from host-cells, raising the question whether the observed transcriptomic signatures were a true reflection of intracellular amastigotes. Moreover, with ever-improving genome annotations being available, it is clear that these studies failed to address the transcriptomic behaviour of a considerable number of transcripts. In the work presented herein, I employed RNA-sequencing to obtain transcriptomic profiles of Leishmania mexicana axenic promastigotes (PRO), axenic amastigotes (AXA) and intracellular amastigotes (AMA) in murine bone-marrow derived macrophages. The intracellular amastigotes were not purified from host cells, but instead sequencing reads assigned to a hybrid L. mexicana - Mus musculus genome and the transcriptomes separated in silico. We were able to map pre-mRNA processing sites, thereby defining transcript boundaries, proposing 184 truncations and 1253 extensions of existing gene models as well as discovering 936 novel genes. Mass-spectrometric evidence was obtained for both proposed extended and novel proteins. Using this improved genome annotation, we generated gene expression profiles for AMA, AXA and PRO, identifying 3832 differentially expressed transcripts between PRO and AMA as well as 2176 between PRO and AXA and 1234 between AXA and AMA. Transcripts differentially expressed between AMA and PRO correlated well with previous reports, were enriched for novel transcripts identified in this study and contained an unprecedented wealth of yet uncharacterised transcripts. Guided by these data, I performed a GFP-tagging screen identifying two proteins which may play an important role in L. mexicana biology, LmxM.16.0500, a member of a small, divergent, amastin-derived gene family, which appears to be released from the cell body of PRO, and LmxM.09.1330 a specific marker of the amastigote flagellar pocket.

Chez les plantes à fleurs, l’ovaire est l’organe reproducteur femelle et il interagit de façon importante avec les gamètes mâles durant la croissance, le guidage, la réception et la rupture du tube pollinique ainsi que la fusion des gamètes. Le processus débute lorsque de nombreux gènes de l’ovule sont activés à longue distance lors de la réception du pollen sur le stigmate. Afin d’explorer les signaux provenant de l’ovule ayant un impact important sur les interactions pollen–pistil, particulièrement les molécules sécrétées impliquées dans la signalisation espècespécifique, l’expression génique des ovules sous forme d’ARNm ainsi et la sécrétion protéique ont été étudiées chez Solanum chacoense, une espèce diploïde de pomme de terre sauvage. S. chacoense a subi beaucoup d’hybridation interspécifique avec d’autres espèces sympathiques de solanacées, facilitant ainsi grandement l’étude des interactions pollen–ovule de façon espècespécifique ainsi que leur évolution. Dans ce projet, des ovules provenant de trois conditions différentes ont été comparés: des ovules matures de type sauvage, des ovules légèrement immatures, récoltés deux jours avant l’anthèse et des ovules provenant du mutant frk1 pour lesquels le sac embryonnaire est absent. Un séquençage d’ARN à haut débit a d’abord été effectué sur les ovules de type sauvage de S. chacoense afin de générer un assemblage de référence comprenant 33852 séquences codantes. D’autres séquençages ont été effectués sur les trois conditions d’ovules et sur les feuilles afin de faire une analyse d’expression différentielle des gènes. En comparaison avec les ovules de type sauvage, 818 gènes sont réprimés dans les ovules du mutant frk1. Un sous-groupe de 284 gènes, étaient également sous-exprimés dans les ovules légèrement immatures, suggérant un rôle spécifique dans les stades tardifs de la maturation du sac embryonnaire (stade de développent FG6 à FG7) ainsi que du guidage du tube pollinique, puisque ni les ovules du mutant frk1 ni ceux légèrement immatures ne sont capables d’attirer les tubes polliniques lors d’essais de croissance semi in vivo. De plus, 21% de ces gènes sont des peptides riches en cystéines (CRPs). En utilisant un transcriptome assemblé de novo provenant de deux proches parents de S. chacoense, S. gandarillasii et S. tarijense, une analyse d’orthologie a été effectuée sur ces CRPs, révélant une grande variabilité et une évolution rapide chez les solanacées. De nouveaux motifs de cystéine uniques à cette famille ont également été découverts. En comparant avec des études similaires chez Arabidopsis, le sac embryonnaire de S. chacoense montre un transcriptome fortement divergent, particulièrement en en ce qui a trait à la catégorisation fonctionnelle des gènes et de la similarité entre les gènes orthologues. De plus,même si la glycosylation n’est pas requise lors du guidage mycropylaire du tube pollinique chez Arabidopsis, Torenia ou le maïs, des extraits d’ovules glycosylés de S. chacoense sont capables d’augmenter la capacité de guidage de 18%. Cette étude est donc la première à montrer une corrélation entre glycosylation et le guidage du tube pollinique par l’ovule. En complément à l’approche transcriptomique, une approche protéomique portant sur les protéine sécrétées par l’ovule (le secrétome) a été utilisée afin d’identifier des protéines impliquées dans l’interaction entre ovule et tube pollinique. Des exsudats d’ovules matures (capables d’attirer le tube pollinique) et d’ovules immatures (incapables d’attirer le tube pollinique) ont été récoltés en utilisant une nouvelle méthode d’extraction par gravité permettant de réduire efficacement les contaminants cytosoliques à moins de 1% de l’échantillon. Un total de 305 protéines sécrétées par les ovules (OSPs) ont été identifiées par spectrométrie de masse, parmi lesquelles 58% étaient spécifiques aux ovules lorsque comparées avec des données de protéines sécrétées par des tissus végétatifs. De plus, la sécrétion de 128 OSPs est augmentée dans les ovules matures par rapport aux ovules immatures. Ces 128 protéines sont donc considérées en tant que candidates potentiellement impliquées dans la maturation tardive de l’ovule et dans le guidage du tube pollinique. Cette étude a également montré que la maturation du sac embryonnaire du stade FG6 au stade FG7 influence le niveau de sécrétion de 44% du sécrétome total de l’ovule. De façon surprenante, la grande majorité (83%) de ces protéines n’est pas régulée au niveau de l’ARN, soulignant ainsi l’importance de cette approche dans l’étude du guidage du tube pollinique comme complément essentiel aux études transcriptomiques. Parmi tous les signaux sécrétés par l’ovule et reliés au guidage, obtenus à partir des approches transcriptomiques et protéomiques décrites ci-haut, nous avons spécifiquement évalué l’implication des CRPs dans le guidage du tube pollinique par l’ovule chez S. chacoense, vu l’implication de ce type de protéine dans les interactions pollen-pistil et le guidage du tube pollinique chez d’autres espèces. Au total, 28 CRPs étaient présentes dans les ovules capables d’attirer le tube pollinique tout en étant absentes dans les ovules incapables de l’attirer, et ce, soit au niveau de l’ARNm et/ou au niveau du sécrétome. De celles-ci, 17 CRPs ont été exprimées dans un système bactérien et purifiées en quantité suffisante pour tester le guidage. Alors que des exsudats d’ovules ont été utilisés avec succès pour attirer par chimiotactisme le tube pollinique, les candidats exprimés dans les bactéries n’ont quant à eux pas été capables d’attirer les tubes polliniques. Comme l’utilisation de systèmes d’expression hétérologue eucaryote peut permettre un meilleur repliement et une plus grande activité des protéines, les candidats restants seront de nouveau exprimés, cette fois dans un système de levure ainsi que dans un système végétal pour produire les peptides sécrétés. Ceux-ci seront ensuite utilisés lors d’essais fonctionnels pour évaluer leur capacité à guider les tubes polliniques et ainsi isoler les attractants chimiques responsable du guidage du tube pollinique chez les solanacées comme S. chacoense. / In flowering plants, the ovary is the female reproductive organ that interacts extensively with the male gametophyte during pollen tube (PT) growth, guidance, reception, discharge and gamete fusion. The process begins when numerous ovule-expressed genes are activated when pollen lands on the stigma. To explore the ovular signals that have a great impact on successful pollen–pistil interactions, especially the secreted molecules that mediate species-specific signalling events, ovule mRNA expression and protein secretion profiles were studied in Solanum chacoense, a wild diploid potato species. Solanum chacoense has undergone extensive interspecific hybridization with sympatric solanaceous species that greatly facilitates the study of species-specific pollen–ovule interactions and evolution. In this project, three ovule conditions were studied: wild-type mature ovules, slightly immature ovules at two days before anthesis (2DBA), and frk1 mutant ovules that lack an embryo sac (ES). RNA-seq was performed on S. chacoense ovules to provide a scaffold assembly comprising 33852 CDS-containing sequences, then to provide read counts for differential gene expression analyses on three ovule conditions as well as on leaf. Compared to wild-type ovules, 818 genes were downregulated in frk1 ovules. A subset of 284 genes was concurrently under-expressed in 2DBA ovules, suggestive of their specific involvement in late stages of ES maturation (female gametophyte (FG), FG6 to FG7 developmental stage), as well as in PT guidance processes, as neither frk1 nor 2DBA ovules attract semi in vivo-grown PTs. Of these 284, 21% encoded cysteine-rich peptides (CRPs). Using de novo assembled ovule transcriptomes of two close relatives, S. gandarillasii and S. tarijense, an orthology survey was conducted on these CRPs, revealing their highly polymorphic nature among species and rapid evolution. Interestingly, novel cysteine motifs unique to this family were also uncovered. As compared to parallel studies in Arabidopsis, S. chacoense was found to possess a highly divergent ES transcriptome, in terms of both functional categories and individual ortholog similarities. Although glycosylation is not required for micropylar guidance cues to attract PTs in Arabidopsis, Torenia or maize, glycosylated ovule extracts from S. chacoense showed enhanced PT guidance competency by 18%. This is the first time a positive regulation between glycosylation and ovular PT guidance has been observed. As a complement to the transcriptomic approach, a proteomic approach using secreted proteins from the ovule (secretome) was employed to identify proteins involved in pollen–pistil interactions. Ovule exudates were collected from mature ovules (PT attracting) and immature ovules at 2DBA (PT nonattracting), using a novel tissue free-gravity extraction method (tf-GEM), which efficiently reduced the cytosolic contamination to less than 1%. Through mass spectrometry analyses, a total of 305 ovule-secreted proteins (OSPs) were identified, of which 58% were considered ovule-specific when compared to secretome studies conducted in other plant tissues. The secretion of 128 OSPs was upregulated in mature ovules vs. immature ovules. These OSPs were considered as candidate proteins involved in late ovule maturation and PT guidance. This study demonstrated that the ES maturation from FG6 to FG7 stages influenced the secretion status of 44% of ovule secretome. Surprisingly, the majority (83%) of these proteins were not regulated at the RNA level, vindicating this novel approach in the study of PT guidance as a robust complement to transcriptomic studies. Among all identified guidance-related ovular signals from the transcriptomic and proteomic approaches described above, we focused on the evaluation of the involvement of CRPs in ovular PT guidance of S. chacoense, due to the implication of various CRPs in pollen–pistil interactions and, especially, in PT guidance. A total of 28 CRPs were present in PT attracting ovules while being low or absent in nonattracting ovules, at the mRNA and/or protein secretion levels. Of these, 17 CRPs were expressed in bacteria and purified in sufficient amount for PT guidance assays. However, while ovule exudates were shown to induce PT chemotropism in the bead assay, refolded candidates did not show guidance competency. Since the use of eukaryotic protein expression systems might lead to better refolding and higher protein activity, the remaining candidates will be expressed in both yeast and plant-based expression systems and tested for their ability to attract PTs in a semi in-vivo assay, in order to lead us toward the isolation of PT guidance chemoattractants in solanaceous species like S. chacoense.

In Enterobacteriaceae, the transcriptional regulator AmpR, a member of the LysR family, regulates the expression of a chromosomal β-lactamase AmpC. The regulatory repertoire of AmpR is broader in Pseudomonas aeruginosa, an opportunistic pathogen responsible for numerous acute and chronic infections including cystic fibrosis. Previous studies showed that in addition to regulating ampC, P. aeruginosa AmpR regulates the sigma factor AlgT/U and production of some quorum sensing (QS)-regulated virulence factors. In order to better understand the ampR regulon, the transcriptional profiles generated using DNA microarrays and RNA-Seq of the prototypic P. aeruginosa PAO1 strain with its isogenic ampR deletion mutant, PAO∆ampR were analyzed. Transcriptome analysis demonstrates that the AmpR regulon is much more extensive than previously thought influencing the differential expression of over 500 genes. In addition to regulating resistance to β-lactam antibiotics via AmpC, AmpR also regulates non-β-lactam antibiotic resistance by modulating the MexEF-OprN efflux pump. Virulence mechanisms including biofilm formation, QS-regulated acute virulence, and diverse physiological processes such as oxidative stress response, heat-shock response and iron uptake are AmpR-regulated. Real-time PCR and phenotypic assays confirmed the transcriptome data. Further, Caenorhabditis elegans model demonstrates that a functional AmpR is required for full pathogenicity of P. aeruginosa. AmpR, a member of the core genome, also regulates genes in the regions of genome plasticity that are acquired by horizontal gene transfer. The extensive AmpR regulon included other transcriptional regulators and sigma factors, accounting for the extensive AmpR regulon. Gene expression studies demonstrate AmpR-dependent expression of the QS master regulator LasR that controls expression of many virulence factors. Using a chromosomally tagged AmpR, ChIP-Seq studies show direct AmpR binding to the lasR promoter. The data demonstrates that AmpR functions as a global regulator in P. aeruginosa and is a positive regulator of acute virulence while negatively regulating chronic infection phenotypes. In summary, my dissertation sheds light on the complex regulatory circuit in P. aeruginosa to provide a better understanding of the bacterial response to antibiotics and how the organism coordinately regulates a myriad of virulence factors.

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[pt] Prever com precisão a resposta a drogas para uma dada amostra baseado em características moleculares pode ajudar a otimizar o desenvolvimento de drogas e explicar mecanismos por trás das respostas aos tratamentos. Nessa dissertação, dois estudos de caso foram gerados, cada um aplicando diferentes dados genômicos para a previsão de resposta a drogas. O estudo de caso 1 avaliou dados de perfis de metilação de DNA como um tipo de característica molecular que se sabe ser responsável por causar tumorigênese e modular a resposta a tratamentos. Usando perfis de metilação de 987 linhagens celulares do genoma completo na base de dados Genomics of Drug Sensitivity in Cancer (GDSC), utilizamos algoritmos de aprendizado de máquina para avaliar o potencial preditivo de respostas citotóxicas para oito drogas contra o câncer. Nós comparamos a performance de cinco algoritmos de classificação e quatro algoritmos de regressão representando metodologias diversas, incluindo abordagens tree-, probability-, kernel-, ensemble- e distance-based. Aplicando sub-amostragem artificial em graus variados, essa pesquisa procura avaliar se o treinamento baseado em resultados relativamente extremos geraria melhoria no desempenho. Ao utilizar algoritmos de classificação e de regressão para prever respostas discretas ou contínuas, respectivamente, nós observamos consistentemente excelente desempenho na predição quando os conjuntos de treinamento e teste consistiam em dados de linhagens celulares. Algoritmos de classificação apresentaram melhor desempenho quando nós treinamos os modelos utilizando linhagens celulares com valores de resposta a drogas relativamente extremos, obtendo valores de area-under-the-receiver-operating-characteristic-curve de até 0,97. Os algoritmos de regressão tiveram melhor desempenho quando treinamos os modelos utilizado o intervalo completo de valores de resposta às drogas, apesar da dependência das métricas de desempenho utilizadas. O estudo de caso 2 avaliou dados de RNA-seq, dados estes comumente utilizados no estudo da eficácia de drogas. Aplicando uma abordagem de aprendizado semi-supervisionado, essa pesquisa busca avaliar o impacto da combinação de dados rotulados e não-rotulados para melhorar a predição do modelo. Usando dados rotulados de RNA-seq do genoma completo de uma média de 125 amostras de tumor AML rotuladas da base de dados Beat AML (separados por tipos de droga) e 151 amostras de tumor AML não-rotuladas na base de dados The Cancer Genome Atlas (TCGA), utilizamos uma estrutura de modelo semi-supervisionado para prever respostas citotóxicas para quatro drogas contra câncer. Modelos semi-supervisionados foram gerados, avaliando várias combinações de parâmetros e foram comparados com os algoritmos supervisionados de classificação. / [en] Accurately predicting drug responses for a given sample based on molecular features may help to optimize drug-development pipelines and explain mechanisms behind treatment responses. In this dissertation, two case studies were generated, each applying different genomic data to predict drug response. Case study 1 evaluated DNA methylation profile data as one type of molecular feature that is known to drive tumorigenesis and modulate treatment responses. Using genome-wide, DNA methylation profiles from 987 cell lines in the Genomics of Drug Sensitivity in Cancer (GDSC) database, we used machine-learning algorithms to evaluate the potential to predict cytotoxic responses for eight anti-cancer drugs. We compared the performance of five classification algorithms and four regression algorithms representing diverse methodologies, including tree-, probability-, kernel-, ensemble- and distance-based approaches. By applying artificial subsampling in varying degrees, this research aims to understand whether training based on relatively extreme outcomes would yield improved performance. When using classification or regression algorithms to predict discrete or continuous responses, respectively, we consistently observed excellent predictive performance when the training and test sets consisted of cell-line data. Classification algorithms performed best when we trained the models using cell lines with relatively extreme drug-response values, attaining area-under-the-receiver-operating-characteristic-curve values as high as 0.97. The regression algorithms performed best when we trained the models using the full range of drug-response values, although this depended on the performance metrics we used. Case study 2 evaluated RNA-seq data as one of the most popular molecular data used to study drug efficacy. By applying a semi-supervised learning approach, this research aimed to understand the impact of combining labeled and unlabeled data to improve model prediction. Using genome-wide RNA-seq labeled data from an average of 125 AML tumor samples in the Beat AML database (varying by drug type) and 151 unlabeled AML tumor samples in The Cancer Genome Atlas (TCGA) database, we used a semi-supervised model structure to predict cytotoxic responses for four anti-cancer drugs. Semi-supervised models were generated, while assessing several parameter combinations and were compared against supervised classification algorithms.

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Tesis por compendio / [EN] Until recently, the genetic improvement of tomato (Solanum lycopersicum) was focused in agronomic traits, such as yield and biotic or abiotic stresses; therefore the interest in tomato fruit quality is relatively new. The tomato fruit surface can be considered both an agronomic trait as well as a quality trait, because it has an effect on consumer impression in terms of color and glossiness but also it underlies the resistance/sensitivity to cracking or water loss with consequences on fruit manipulation (e.g. transport and processing). The cuticle is deposited over the cell wall surrounding the epidermal cells and it is the first barrier in the plant-environment interface. The cuticle composition includes two main groups of metabolites: cuticular waxes and cutin. Other metabolites can be founded into the cuticle matrix, as triterpenoids and flavonoids. Those minor cuticular components are involved in the correct functionality of the cuticle. Understanding cuticle biosynthesis and genetic regulation requires the development of fast and simple analytical methodologies to study those specialized metabolites using large populations (e.g. mutant collections or introgression lines), together with the identification of genes and genomic regions responsible of their production. This thesis aims to contribute to our understanding of the molecular programs underlying tomato fruit quality by providing: i) a general protocol to profile cuticular waxes in different species, including tomato; ii) a QTL map for cuticular composition (i.e. cuticular waxes and cutin monomers) using the Solanum pennellii introgression line population; iii) a detailed protocol of the reverse genetic tool so-called Fruit-VIGS to assist in the study of gene function in tomato fruit; and iv) a thorough characterization of the first null allele for the transcription factor SlMYB12 (i.e. Slmyb12-pf) in tomato fruit which provides new insights into the regulation of the flavonoid biosynthetic pathway in the fruit peel by high resolution mass spectrometry and RNA-Seq approaches. / [ES] Hasta hace poco, la mejora genética del cultivo del tomate (Solanum lycopersicum) había estado centrada principalmente en caracteres agronómicos, como la productividad y la resistencia a estreses, tanto bióticos como abióticos. Así, el interés en la calidad del fruto de tomate es relativamente reciente. La superficie del fruto del tomate puede considerarse tanto un carácter agronómico como de calidad, pues influye en la primera impresión de los consumidores en términos de color y brillo, así como también en los procesos de resistencia o sensibilidad a la rotura ('cracking') o a la pérdida de agua. Estos factores determinan el aspecto del fruto y condicionan atributos relacionados con su manipulación (transporte y procesado). La cutícula se deposita sobre la pared celular de las células epidérmicas y es la primera barrera que interacciona con el ambiente. Está constituida por dos grandes tipos de metabolitos: las ceras cuticulares y la cutina. Otros metabolitos pueden aparecer embebidos en la matriz cuticular, como es el caso de los triterpenoides y los flavonoides. Estos metabolitos contribuyen a la correcta funcionalidad de la cutícula. La compresión de la biosíntesis y regulación génica de la cutícula requiere del desarrollo de metodologías de análisis sencillas y rápidas para el estudio de estos metabolitos especializados en grandes poblaciones (colecciones de mutantes o líneas de introgresión), así como para la identificación de genes y regiones génicas responsables de la producción y acumulación de dichos compuestos, pudiendo ser muy útiles para implementar programas de mejora de la calidad del tomate. El objetivo de esta tesis es contribuir a la comprensión sobre los programas moleculares subyacentes a la calidad del fruto de tomate, proporcionando: i) un protocolo general de análisis del contenido de ceras cuticulares en diferentes especies, incluyendo el tomate; ii) un mapa de QTL de la composición cuticular (incluyendo ceras y monómeros de cutina) obtenido con la población de líneas de introgresión de Solanum pennellii; iii) un protocolo detallado de uso de la herramienta de genética reversa Fruit-VIGS con el que realizar estudios de funciones génicas en fruto de tomate; y iv) una minuciosa caracterización de un nuevo alelo nulo del factor de transcripción SlMYB12 (Slmyb12-pf) en fruto de tomate, proporcionando nueva información sobre la regulación de la ruta biosintética de los flavonoides en la piel del fruto, utilizando espectrometría de masas de alta resolución y de nuevas tecnologías de secuenciación. / [CA] Fins fa poc de temps, la millora genètica de la tomata (Solanum lycopersicum) anava dirigida fonamentalment als caràcters de tipus agronòmic, com la productivitat i la tolerància a estressos biòtics o abiòtics, resultant que l'interés per la qualitat dels fruits és relativament nou. La superfície de la tomata pot ser considerada tant com un caràcter agronòmic com un de qualitat, ja que és l'aspecte de la superfície del fruit el que confereix al consumidor la primera impressió de color, brillantor, però és també la pell del fruit la responsable de la diferent susceptibilitat del fruit a desenvolupar clevills o que el fruit sofrisca més o menys pèrdues d'aigua, tot tenint importants conseqüències en la manipulació (i.e. transport i processament del fruit). La cutícula és dipositada per sobre de la paret cel·lular que envolta la capa de cèl·lules epidèrmiques i constitueix la primera barrera en la interfase planta-medi ambient. La composició de la cutícula presenta dos grups principals de metabòlits: les ceres i la cutina. També es poden trobar altres metabòlits els triterpenoids i el flavonoids. Aquests darrers components cuticulars menors són implicats en el correcte funcionament de la cutícula. Per tal de comprendre la biosíntesi i la regulació genètica de la cutícula cal desenvolupar tecnologies analítiques senzilles i rapides que permeten estudiar aquests metabòlits especialitzats en poblacions grans de plantes (i.e. Col·leccions de mutants o de línies d'introgressió), a més de la identificació de gens i regions genòmiques que són responsables de la seua producció. Aquesta tesi té com a objectiu contribuir a millorar la nostra comprensió dels programes moleculars que afecten determinats aspectes de la qualitat de la tomata mitjançant els següents objectius: i) proporcionar un protocol general per obtenir perfils de ceres cuticulars en diferents espècies, inclosa la tomata; ii) obtenir un mapa de QTL per a la composició cuticular (i.e. ceres cuticulars i monòmers de cutina) mitjançant la utilització de la població de línies d'introgressió de Solanum pennelli; iii) descriure amb detall el protocol d'una eina de revers genètica denominada Fruit-VIGS que resulta molt adequada per estudiar funció gènica a la tomata; y iv) fer una caracterització exhaustiva del primer al·lel nul del factor de transcripció SlMYB12 (ie. Slmyb12-pf) en tomata la qual proporciona informació nova sobre la regulació de la ruta de biosíntesi de flavonoides en la pell de la tomata mitjançant espectrometria de masses d'alta resolució i RNAseq. / Fernández Moreno, JP. (2015). TOMATO FLESHY FRUIT QUALITY IMPROVEMENT: CHARACTERIZATION OF GENES AND GENOMIC REGIONS ASSOCIATED TO SPECIALIZED METABOLISM IN TOMATO FLESHY FRUIT [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/55505 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

Tesis por compendio / [ES] El pepino dulce (Solanum muricatum) y el tomate de árbol (S. betaceum) pertenecen al grupo de cultivos de la familia Solanaceae. Estos dos cultivos son originarios de América del Sur y actualmente se cultivan en varios países con climas tropicales, subtropicales y mediterráneos. Han sido infrautilizados durante mucho tiempo y han cobrado relevancia solo en los últimos años debido a su alta calidad nutricional. El pepino dulce exhibe niveles significativos de potasio, vitamina C y carotenoides y se informa que presenta propiedades antioxidantes, antidiabéticas, antiinflamatorias y antitumorales. Sus frutos se pueden consumir tanto como postre o en ensaladas. El tomate de árbol también destaca por su alto contenido en compuestos bioactivos como carotenoides, antocianinas, flavonoides y vitaminas. Varios productos como jugos, mermeladas, salsas y productos farmacéuticos son elaborados a partir de sus frutos. Debido a que estos cultivos se han introducido en nuevas regiones, donde pueden estar expuestos a estreses bióticos y abióticos que pueden amenazar su producción, y dado que el pepino dulce se ve especialmente afectado por la escasez de agua, fue necesario realizar un estudio para determinar la respuesta de siete cultivares de pepino dulce a parámetros fisiológicos y bioquímicos al estrés por sequía. Este trabajo puede ayudar a desarrollar programas de selección y mejoramiento que permitan generar nuevas variedades más tolerantes a la sequía. Por otro lado, en los países de clima mediterráneo, el pepino dulce se cultiva como cultivo protegido, aplicando las mismas técnicas agrícolas que otras solanáceas como el tomate y el pimiento. Estos sistemas agrícolas también brindan condiciones óptimas para el desarrollo de enfermedades como Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL), Verticillium dahliae (VE), virus del mosaico del pepino (PepMV) y virus del mosaico del tomate (ToMV), que potencialmente podrían causar grandes daños a los cultivos de pepino dulce. Por tal motivo, se realizó un estudio para evaluar la respuesta de una colección de pepino dulce y sus parientes silvestres contra estas cuatro enfermedades, y encontrar fuentes de resistencia/tolerancia a estos patógenos. Aunque el tomate de árbol es un cultivo frutal importante debido a su valor nutricional y efectos beneficiosos para la salud, actualmente no hay información genómica y transcriptómica disponible públicamente. Por lo tanto, fue fundamental secuenciar el transcriptoma de dos cultivares de tomate de árbol con frutos morados (A21) y frutos anaranjados (A23). Estos dos cultivares han sido ampliamente utilizados y cultivados comercialmente en países de la región andina como Ecuador y Colombia. La obtención del primer transcriptoma de tomate de árbol ha permitido realizar un estudio comparativo entre el tomate de árbol y sus especies cercanas, tomate y patata, identificar genes implicados en la ruta de biosíntesis de carotenoides y desarrollar marcadores de polimorfismo de nucleótido único (SNP). En general, esta Tesis Doctoral aporta información relevante sobre la respuesta del pepino a diversos estreses ambientales, que puede ser utilizada para el desarrollo de nuevas variedades de pepino resistentes a múltiples estreses. Mientras que en tomate de árbol, el desarrollo de herramientas genómicas acelerará los programas de mejoramiento. / [CA] El cogombre dolç (Solanum muricatum) i tomata d'arbre (S. betaceum) pertanyen al grup de cultius de la família Solanaceae. Aquests dos cultius són originaris d'Amèrica del Sud i actualment es cultiven en diversos països amb climes tropicals, subtropicals i mediterranis. Han sigut infrautilitzats durant molt de temps i han cobrat rellevància només en els últims anys a causa de la seua alta qualitat nutricional. El cogombre dolç exhibeix nivells significatius de potassi, vitamina C i carotenoides i s'informa que presenta propietats antioxidants, antidiabètiques, antiinflamatòries i antitumorals. Els seus fruits es poden consumir tant com postres o en ensalades. La tomaca d'arbre també destaca pel seu alt contingut en compostos bioactivos com carotenoides, antocianinas, flavonoides i vitamines. Dels seus fruits s'elaboren diversos productes com a sucs, melmelades, salses i productes farmacèutics. Pel fet que aquests cultius s'han introduït en noves regions on poden estar exposats a estressos biòtics i abiòtics que poden amenaçar la seua producció, atés que el cogombre es veu especialment afectat per l'escassetat d'aigua, va ser necessari realitzar un estudi per a determinar la resposta de set cultivars de cogombre dolç a paràmetres fisiològics i bioquímicos a l'estrés per sequera. Aquest treball pot ajudar a desenvolupar programes de selecció i millorament que permeten generar noves varietats més tolerants a la sequera. D'altra banda, als països de clima mediterrani, el cogombre dolç es cultiva com a cultiu protegit, aplicant les mateixes tècniques agrícoles que unes altres solanáceas com la tomaca i el pimentó. Aquests sistemes agrícoles també brinden condicions òptimes per al desenvolupament de malalties com Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL), Verticillium dahliae (VE), virus del mosaic del cogombre (PepMV) i virus del mosaic de la tomaca (ToMV), que potencialment podrien causar grans danys als cultius de cogombre dolç. Per tal motiu, es va realitzar un estudi per a avaluar la resposta d'una col·lecció de cogombre dolç i els seus parents silvestres contra aquestes quatre malalties, i trobar fonts de resistència/tolerància a aquests patògens. Encara que la tomaca d'arbre és un cultiu fruiter important a causa del seu valor nutricional i efectes beneficiosos per a la salut, actualment no hi ha informació genòmica i transcriptómica disponible públicament. Per tant, va ser fonamental seqüenciar el transcriptoma de dues cultivars de tomaca d'arbre amb fruits morats (A21) i fruits ataronjats (A23). Aquestes dues cultivars han sigut àmpliament utilitzats i cultivats comercialment en països de la regió andina com l'Equador i Colòmbia. L'obtenció del primer transcriptoma de tomaca d'arbre ha permés realitzar un estudi comparatiu entre la tomaca d'arbre i les seues espècies pròximes, tomaca i creïlla, identificar gens implicats en la ruta de biosíntesi de carotenoides i desenvolupar marcadors de polimorfisme de nucleòtid únic (SNP). En general, aquesta Tesi Doctoral aporta informació rellevant sobre la resposta del cogombre a diversos estressos ambientals, que pot ser utilitzada per al desenvolupament de noves varietats de cogombre resistents a múltiples estressos. Mentre que en tomaca d'arbre, el desenvolupament d'eines genòmiques accelerarà els programes de millorament. / [EN] Pepino (Solanum muricatum) and tree tomato (S. betaceum) belong to the group of crops of the Solanaceae family. These two crops are native to South America and currently are grown in various countries with tropical, subtropical and Mediterranean climates. They have been underutilized for a long time and have become relevant only in recent years due to their high nutritional quality. Pepino exhibit significant levels of potassium, vitamin C and carotenoids and it is reported to present antioxidant, antidiabetic, anti-inflammatory and antitumor properties. Its fruits can be consumed both as a dessert or in salads. Tree tomato also highlights high content of bioactive compounds such as carotenoids, anthocyanins, flavonoids and vitamins. Severals products such as juices, jams, sauces and pharmaceutical products are made from its fruits. Due to these crops have been introduced into new regions, where they may be exposed to biotic and abiotic stresses that can threaten their production, and since pepino is specially affected by water scarcity, a study was needed to determine the response of seven pepino cultivars to physiological and biochemical parameters to drought stress. This work can help develop selection and improvement programs that allow the generation of new varieties that are more tolerant to drought. On the other hand, in countries with a Mediterranean climate, pepino is grown as a protected crop, applying the same agricultural techniques as other solanaceous plants such as tomato and pepper. These agricultural systems also provide optimal conditions for the development of diseases such as Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (FOL), Verticillium dahliae (VE), pepino mosaic virus (PepMV) and tomato mosaic virus (ToMV), which could potentially cause great damage to pepino crops. For this reason, a study was performed to evaluate the response of a collection of pepino and their wild relatives against these four diseases, and find sources of resistance/tolerance to those pathogens. Although tree tomato is an important fruit crop due to its nutritional value and beneficial health effects, there is currently no publicly available genomic and transcriptomic information. Therefore, it was essential to sequence the transcriptome of two tree tomato cultivars with purple fruits (A21) and orange fruits (A23). These two cultivars have been widely used and cultivated commercially in countries of the Andean region such as Ecuador and Colombia. Obtaining the first tree tomato transcriptome has made it possible to perform a comparative study between tree tomato and its close species, tomato and potato, identify genes involved in the carotenoid biosynthesis pathway, and develop single nucleotide polymorphism (SNP) markers. In general, this Doctoral Thesis provides relevant information on the response of pepino to various environmental stresses, which can be used for the development of new varieties of pepino resistant to multiple stresses. While in tree tomato, the development of genomic tools will accelerating up breeding programs. / Pacheco Toabanda, JE. (2022). Development of Biotechnological Tools for the Genetic Improvement of Pepino (Solanum Muricatum) and Tree Tomato (S.betaceum) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/189205 / Compendio