Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónomo Mención: Fruticultura

[ES] El melón (Cucumis melo L.) es actualmente uno de los cultivos con mayor importancia económica en el mundo. La amplia variabilidad genética intraespecífica que presenta permite el estudio para su explotación del control genético de un amplio abanico de caracteres tanto agronómicos como de calidad del fruto. En los últimos años se han desarrollado un gran número de marcadores moleculares y de herramientas genómicas en melón, que facilitan el desarrollo de nuevas poblaciones de mejora. Las líneas de introgresión (ILs) son un conjunto de líneas que contienen un fragmento cromosómico de un parental donante, normalmente exótico, en un fondo genético común normalmente de una variedad de élite. Estas colecciones son apropiadas para el estudio de caracteres cuantitativos y para la introducción de alelos exóticos favorables en cultivares comerciales. En la presente tesis doctoral se describe el desarrollo de una colección de ILs empleando la entrada japonesa 'Ginsen makuwa', como parental donante y el cultivar francés 'Vedrantais' como parental recurrente. Los sucesivos genotipados en generaciones tempranas mediante la plataforma Agena Bioscience y High Resolution Melting, han mejorado la eficiencia en el proceso de obtención de las ILs (cinco generaciones). Esta colección incluye 27 ILs, que posteriormente se han caracterizado mediante un genotipado de alta densidad (Genotyping by Sequencing). Éstas presentan un promedio de 2,7 introgresiones/IL con un 94% de recuperación del fondo genético 'Vedrantais', representando un 96,8% del genoma donante. El análisis de los datos de fenotipado en tres ambientes y el genotipado dió lugar a la detección de 86 QTLs (Quantitative Tratit Loci), de los que 74 fueron estables en al menos dos ambientes. De éstos, 3 QTLs están relacionados con aspectos de floración, 4 con la precocidad de maduración del fruto, 33 con aspectos morfológicos (forma del fruto, reticulado y espesor de la corteza), 12 con el proceso de maduración (presencia de aroma, capa de abscisión, firmeza de la pulpa), 16 con el color de la pulpa, 5 con el color interno de la corteza y 1 con el contenido en sólidos solubles. Algunos de los QTLs descritos en esta tesis han sido identificados en trabajos previos, lo que da solidez a las regiones detectadas, otros, en cambio, resultan novedosos y, por tanto, muy interesantes, pues constituyen un recurso muy valioso tanto para la búsqueda de genes candidatos como para el empleo de estos alelos en programas de mejora. De entre las ILs más prometedoras, destaca MAK_10-1 por presentar un bloqueo del climaterio, lo cual se traduce en una mayor vida postcosecha, característica muy buscada en el mercado internacional. Los efectos de la introgresión en el cromosoma 10 son la ausencia de aroma externo y la mayor firmeza de la pulpa, además del mayor contenido de sólidos solubles en pulpa. Además, se han localizado varios genes candidatos involucrados en la regulación transcripcional y de señalización de etileno durante la maduración del fruto. Por otro lado, se describen otras líneas potencialmente interesantes, así como genes candidatos, para proporcionar diversidad de tamaños, formas, color de la pulpa y perfil aromático al mercado de tipos cantalupo. Respecto al perfil de compuestos volátiles (VOCs) analizado en las ILs, se encontró que las introgresiones Makuwa en general disminuyeron el contenido en compuestos aromáticos. A pesar del efecto ambiental notable, se pudieron asociar ciertas regiones genómicas a ciertos perfiles de VOCs, identificando a su vez algunos genes candidatos involucrados en diferentes rutas de biosíntesis de aromas. La dificultad de recuperar ciertos perfiles aromáticos en los programas de mejora se pone de manifiesto por el elevado número de regiones y genes implicados, así como por efectos pleiotrópicos que afectan a la producción de aromas y que se describen en esta tesis como el bloqueo del climaterio o / [EN] Melon (Cucumis melo L.) is one of the most economically important crops in the world. The wide intraspecific genetic variability that it presents allows the study of a wide range agronomic and fruit quality traits. In recent years, a large number of molecular markers and genomic tools have been developed in melon, which is a resource that facilitates the development of new breeding populations. Introgression Lines (ILs) are a set of lines that contain a chromosomal fragment of a donor parent, usually wild or exotic, in a common genetic background usually an elite variety. These collections are appropriate for the study of quantitative traits and, above all, for the introduction of exotic alleles in modern cultivars. This doctoral thesis describes the development of a collection of ILs using the Japanese accesion 'Ginsen makuwa', as an exotic donor parent, and the French cultivar 'Vedrantais' as a recurrent parent. Successive genotyping in early generations through the Agena Bioscience platform and High Resolution Melting, have improved efficiency in the process of obtaining ILs (five generations). This collection includes 27 ILs, which have subsequently been characterized by high-density genotyping (Genotyping by Sequencing). These have an average of 2.7 introgressions / IL with a 94% 'Vedrantais' genetic background, representing 96.8% of the donor genome 'Ginsen makuwa'. The analysis of phenotyping data in three environments and genotyping resulted in the detection of 86 QTLs (Quantitative Tratit Loci), of which 74 were stable in at least two environments. Of these, 3 QTLs related with flowering aspects, 33 QTLs related with the mophological fruit (fruit shape, netting and rind thickness), 12 QTLs related with ripening behaviour (presence/absence of aroma, abscission layer and flesh firmness), 16 QTLs were related with flesh color, 5 QTLs related with color of the inner rind and 1 related with the soluble solid concentration. Some of the QTLs described in this thesis have been identified in previous works, giving greater confidence to the detected regions, others, however, are novel and, therefore, very interesting, becouse they constitute a very valuable resource for the search for candidate genes and for the use of these alleles in improvement programs. Of the entire ILs collection, MAK_10-1 presented a blockade of the climacteric, which can translate into a longer post-harvest life, trait that is very in the international market. The effects of introgression on chromosome 10 are the absence of external aroma and the greater flesh firmness, in addition the higher soluble solids content in flesh. In addition, several candidate genes involved in transcriptional regulation and ethylene signaling during fruit ripening have been located. On the other hand, other potentially interesting lines and candidate genes, are described to provide diversity of sizes, shapes, flesh color and aromatic profile to the cantaloupe type market. Regarding the profile of volatile compounds (VOCs) analyzed in ILs, it was found that Makuwa introgressions generally decreased the content of aromatic compounds. Despite the remarkable environmental effect, certain genomic regions could be associated with certain VOCs profiles, identifying some candidate genes involved in different aromatic biosynthetic pathways. The difficulty of recover certain aromatic profiles in breeding programs is evidenced by the high number of regions and genes involved, as well as by pleiotropic effects that affect the aroma production and which are described in this thesis as the blocking of the climacteric or the flesh color due to the presence of carotenes. / [CA] El meló (Cucumis melo L.) és actualment un dels cultius amb major importància económica en el món. La seua gran variabilitat genètica intraespecífica permet l'estudi per a la seua explotació del control genètic d'un gran ventall de caràcters tant agronòmics com de qualitat del fruit. En els últims anys s'han desenvolupat un gran nombre de marcadors moleculars i de ferramentes genòmiques en meló, que faciliten el desenvolupament de noves poblacions de millora. Les línies de introgressió (ILs) són un conjunt de línies que contenen un fragment cromosòmic d'un parental donant, normalment exòtic, en un fons genètic normalment d'una varietat d'èlit. Estes col·leccions són útils per a l'estudi de caràcters quantitatius, a més de per a la introducció d'al·lels exòtics favorables en cultivars comercials. En la present Tesi Doctoral es descriu el desenvolupament d'una col·lecció d'ILs amb l'entrada japonesa 'Ginsen makuwa' com parental donant i el cultivar francés 'Vedrantais' com parental recurrent. Els successius genotipatges en generacions primerenques, mitjançant la plataforma Agena Bioscience i High Resolution Melting, han millorat l'eficiència en el procés d'obtenció de les ILs (cinc generacions). Esta col·lecció inclueix 27 ILs que posteriorment s'han caracteritzat mitjançant genotipatge per seqüenciació. Estes presenten un promedi de 2,7 introgressions/IL amb un 94% de recuperació del fons genètic 'Vedrantais', representant un 96,8% del genoma donant. L'anàlisi de les dades de fenotipatge en tres ambients i el genotipatge, facilità la detecció de 86 QTLs (Quantitative Trait Loci), dels quals 74 foren estables en al menys dos ambients. D'estos, 3 QTLs estan relacionats amb aspectes de floració, 4 amb la precocitat de maduració del fruit, 33 amb aspectes morfològics (forma del fruit, reticulat, espessor pell), 12 amb el procés de maduració (presència d'aroma, capa d'abscisió, fermesa de la polpa), 16 amb el color de la polpa, 5 amb el color intern de la pell i 1 amb el contingut en sòlids solubles. Alguns dels QTLs descrits en la Tesi han sigut identificats en treballs previs, el que dóna solidesa a les regions detectades, altres en canvi, resulten nous i, per tant, molt interessants, ja que constitueixen un recurs valuós tant per a la recerca de gens candidats com per a l'ús d'estos al·lels en programes de millora. D'entre les ILs prometedores, destaca MAK_10-1 per presentar un bloqueig del climateri, el qual es tradueix en una major vida postcollita, característica molt buscada en el mercat internacional. Els efectes de la introgressió en el cromosoma 10 són l'absència d'aroma extern i la major fermesa de la polpa, a més del major contingut en sòlids solubles. S'han localitzat diversos gens candidats involucrats en la regulació transcripcional i de senyalització d'etilè durant la maduració del fruit. Per altra banda, es descriuen altres línies potencialment interessants, així com gens candidats, per a proporcionar diversitat de grandària, forma, color de la polpa i perfil aromàtic al mercat de tipus cantalupo. Respecte al perfil de compostos volàtils (VOCs) analitzat en les ILs, es trobà que les introgressions Makuwa en general van disminuir el contingut en compostos aromàtics. Malgrat el efecte ambiental notable, es pogueren associar certes regions genòmiques a certs perfils de VOCs, identificant alguns gens candidats en diferents rutes de biosíntesis d'aromes. La dificultat de recuperar certs perfils aromàtics en els programes de millora es posa de manifest per l'elevat nombre de regions i gens implicats, així com pels efectes pleiotròpics que afecten a la producció d'aromes i que es descriuen en esta Tesi, com el bloqueig del climateri o la coloració de la polpa per presència de carotens. / Perpiñá Martín, G. (2020). Desarrollo de líneas de introgresión en melón para la mejora de la calidad de esta especie [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147113 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] En las últimas dos décadas, la producción de caqui en España ha aumentado exponencialmente y la superficie de cultivo se ha multiplicado casi por ocho. En la actualidad, la producción de caqui está centralizada en el cultivar 'Rojo Brillante', que es mundialmente apreciado. Sin embargo, esta centralización supone una importante limitación comercial. En la presente Tesis se abordan dos objetivos principales: 1) Optimización de la tecnología pre y postcosecha con el fin de garantizar la calidad del caqui 'Rojo Brillante' durante la frigoconservación y el transporte a mercados internacionales. 2) Evaluación del comportamiento bajo condiciones mediterráneas de variedades introducidas de otras regiones productoras con el fin de ampliar el rango varietal de caqui. El primer objetivo de esta Tesis se logró a través de los estudios presentados en los Capítulos I al V. El segundo objetivo se abordó en los Capítulos VI y VII. En el Capítulo I se esclarecieron las causas del pardeamiento interno del fruto en los envíos a los mercados internacionales. La temperatura a la que se expone la fruta inmediatamente tras la aplicación del tratamiento de desastringencia con altas concentraciones de CO2 se identificó como el principal factor implicado en esta alteración. Los resultados obtenidos mostraron que esta alteración se puede evitar mediante la implementación de un período de atemperado de 24 h después del tratamiento con CO2, antes de conservar las frutas a bajas temperaturas. En el Capítulo II se evaluó la eficacia de un tratamiento de desastringencia recientemente patentado basado en la aplicación de una nueva cera que contiene etanol en su formulación. Los resultados mostraron que esta cera podría ser una alternativa al tratamiento convencional de desastringencia con altas concentraciones de CO2 cuando la fruta se envía a mercados lejanos a bajas temperaturas. La aplicación de la nueva cera antes de conservación en frío provocó la pérdida de astringencia de la fruta tras 30 días a 0 °C, preservando la firmeza y la calidad interna. Los resultados del Capítulo III demostraron que la realización de dos aplicaciones de ácido giberélico (AG) en precosecha permite retrasar el proceso de maduración de la fruta en el árbol con respecto a una sola aplicación. La combinación de AG en precosecha y 1-metilciclopropeno (1-MCP) en postcosecha resultó en una mayor calidad del fruto durante la frigoconservación en comparación con la aplicación únicamente de 1-MCP. Además, la fruta tratada con múltiples aplicaciones de AG mostró una firmeza ligeramente mayor tras de conservación a baja temperatura. En el Capítulo IV se demostró que, paralelamente al retraso de la maduración, el tratamiento con AG también retrasa la senescencia del cáliz, incrementando la calidad externa del fruto. La senescencia del cáliz durante la maduración del fruto se relacionó con una disminución de los parámetros de fluorescencia de clorofila (Fo, Fm y Fv/Fm). En el Capítulo V se estudiaron las condiciones óptimas de almacenamiento del caqui producido bajo cultivo ecológico. Según los resultados, no se deben almacenar los frutos cosechados con firmeza inferior a 30 N. La calidad del fruto durante la conservación dependió de las condiciones de almacenamiento, momento de aplicación del tratamiento de deastringencia y estado de madurez inicial. Por último, en los Capítulos VI y VII se abordó la evaluación bajo condiciones mediterráneas de 14 variedades de caquis no-astringentes procedentes de otros países. Se identificaron las variedades tempranas y tardías que pueden ser potencialmente interesantes para ampliar el período de cosecha en nuestra región. Los estudios postcosecha mostraron que todas las variedades estudiadas presentan una buena aptitud para ser comercializadas en los mercados nacionales y europeos. Sin embargo, la sensibilidad a los daños por frío que presentaron algunas de las variedades estudiadas podría limitar su comercialización a países de ultramar. Además, se observó que la respuesta al tratamiento con 1-MCP, para el control de los daños por frío, dependió en gran medida de la variedad. / [CA] En les últimes dues dècades, la producció de caqui a Espanya ha augmentat exponencialment i la superfície de cultiu s'ha multiplicat quasi per huit vegades. En l'actualitat, la producció de caqui està centralitzada en el la cultivar 'Rojo Brillante', que és mundialment apreciat. Malgrat això, aquesta centralització suposa d'una banda una important limitació comercial, ja que la producció es concentra en un període de collita relativament curt i, d'altra banda implica un alt risc fitosanitari. En la present Tesi s'aborden dos objectius principals: 1) Optimització de la tecnologia pre i postcollita amb la finalitat de garantir la qualitat del caqui 'Rojo brillante' durant la frigoconservació i el transport a mercats internacionals. 2) Avaluació del comportament de varietats introduïdes d'altres regions productores sota condicions mediterrànies amb la finalitat d'ampliar el rang varietal de caqui. En el Capítol I es van esclarir les causes de l l'enfosquiment intern. La temperatura a la qual s'exposa la fruita immediatament després de l'aplicació del tractament de desastringència amb altes concentracions de CO¿ es va identificar com el principal factor implicat en aquesta alteració. Els resultats obtinguts van mostrar que aquesta alteració es pot evitar mitjançant la implementació d'un període de temperat de 24 h després del tractament amb CO¿, abans de transferir la fruita a baixes temperatures. En el Capítol II es va avaluar l'eficàcia d'un tractament de desastringència recentment patentat basat en l'aplicació d'una nova cera que conté etanol en la seua formulació en caquis 'Rojo Brillante' i 'Triumph'. Els resultats van mostrar que aquesta cera podria ser una alternativa al tractament convencional de desastringència amb altes concentracions de CO¿ quan la fruita s'envia a mercats llunyans a baixes temperatures. L'aplicació de la nova cera abans de conservació en fred va provocar la pèrdua d'astringència de la fruita després de 30 dies a 0 °C, preservant la fermesa i la qualitat interna. Els resultats del Capítol III van demostrar que l'aplicació de dos tractaments d'àcid giberèlic (AG) en precollita permet retardar el procés de maduració de la fruita en l'arbre respecte a una sola aplicació. La combinació de AG en precollita i 1-metilciclopropeno (1-MCP) en postcollita va incrementar la qualitat del fruit durant la frigoconservació en comparació amb l'aplicació únicament de 1-MCP. A més, la fruita tractada amb múltiples aplicacions de AG va mostrar una fermesa lleugerament major després de conservació a baixa temperatura; no obstant això, una sola aplicació de AG també va ser eficaç per a previndre la manifestació de danys per fred en la fruita. En el Capítol IV es va demostrar que, paral·lelament al retard de la maduració, el tractament amb AG també retarda la senescència del calze, incrementant la qualitat externa del fruit. La senescència del calze durant la maduració del fruit es va relacionar amb una disminució dels paràmetres de fluorescència de clorofil·la (Fo, Fm i Fv/Fm). En el Capítol V es van estudiar les condicions òptimes d'emmagatzematge del caqui produït baix cultiu ecològic. D'acord amb els resultats obtinguts, no s'han d'emmagatzemar els fruits collits amb fermesa inferior a 30 N. La conservació del fruit va dependre de les condicions d'emmagatzematge, moment d'aplicació del tractament de desastringència i estat de maduresa de la fruita. Finalment, en els Capítols VI i VII es va abordar l'avaluació de 14 varietats de caquis no-astringents. Es van identificar les varietats primerenques i tardanes que poden ser potencialment interessants per a ampliar el període de collita. D'altra banda, els estudis postcollita van mostrar que totes les varietats estudiades presenten una bona aptitud per a ser comercialitzades en els mercats nacionals i europeus. No obstant això, la sensibilitat als danys per fred que van presentar algunes de les varietats estudiades podria limitar la seua comercialització a països d'ultramar. A més, es va observar que la resposta al tractament amb 1-MCP, per al control dels danys per fred, va dependre en gran manera de la varietat. / [EN] In the last two decades, persimmon production in Spain has increased exponentially and the cultivation area has expanded almost eight-fold. The current production of persimmon is focused on the cultivar 'Rojo Brillante', which is appreciated worldwide due to the high quality of the fruit. Nevertheless, centralized production of this single cultivar implies a major commercial limitation as its high volume of production is concentrated in a relative short harvesting period. Furthermore, it also implies a high phytosanitary risk. In this context, this Thesis addresses two main objectives: 1) Optimization of pre- and postharvest technology in order to guarantee the quality of 'Rojo Brillante' persimmon after cold storage and transportation to overseas markets. 2) Evaluation of the behavior of foreign varieties of persimmon under Mediterranean conditions in order to extend the varietal range. The first objective of this Thesis was tackled through the studies presented in Chapters I to V. The second objective was covered in Chapters VI and VII. Chapter I dealt with the causes of internal browning disorder manifested after cold shipment of 'Rojo Brillante' persimmons to overseas markets. The temperature to which fruit is exposed immediately after CO2 deastringency treatment was identified as the main factor involved in this alteration. Our results showed that this disorder can be avoided by implementing an attemperation period of 24 h after the CO2 treatment, before transferring fruit to cold storage. In Chapter II, the effectiveness of a recently patented deastringency treatment based on applying a new wax containing ethanol was assayed in 'Rojo Brillante' and 'Triumph' persimmons. The use of this new ethanol-based wax could be a potential alternative to the conventional CO2 deastringency treatment when the fruit are sent to distant overseas markets at low temperatures. Application of the new wax before cold storage led to loss of fruit astringency after 30 days at 0 °C while preserving fruit firmness and internal quality. The results of Chapter III demonstrated that two applications of gibberellic acid (GA) made it possible to delay the fruit maturity process on the tree more than with just a single application. The combination of GA and 1-methylciclopropene (1-MCP) preserved the fruit quality better than with the application of 1-MCP alone during cold storage. Moreover, the fruit treated by multiple GA applications showed a slightly higher firmness after cold storage. However, a single GA application was also effective in preventing the manifestation of chilling injury (CI) in fruit. Chapter IV demonstrated that in parallel to delaying maturity, the GA treatment also delayed calyx senescence, which meant that the fruit preserved a good appearance. The calyx lobe senescence during fruit ripening was linked to a decrease in all Chlorophyll Fluorescence Imaging (CFI) parameters (Fo, Fm, and Fv/Fm). Chapter V addressed the optimization of storage conditions for organic persimmons. According to our results, fruit harvested with a firmness lower than 30 N must not be stored. Fruit harvested with a higher level of firmness could be stored for up to three weeks depending on the storage conditions, the moment of application of the CO2 deastringency treatment, and the stage of fruit maturity. The longest storage period (3 weeks) was achieved when fruit were harvested with a firmness of around 45 N, submitted to CO2 treatment and then stored at 15 °C. Finally, 14 foreign varieties grown under Mediterranean conditions were evaluated to identify early- and late-season varieties with potential to extend the harvesting period. This is presented in Chapters VI and VII. In general, all the evaluated varieties fulfilled the quality criteria to be commercialized in domestic and European markets. However, sensitivity to CI was variety dependent and response to 1-MCP treatment was also observed to depend on the variety. / This study has been supported by the Instituto Nacional de Tecnología Agraria y Alimentaria de España (INIA) and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) through the projects RTA 2013-00043-C02-01 and RTA2017-00045-C02-01. In addition, it has been supported by the Valencian Institute for Agricultural Research (Project N° 51910). This study has also been founded by the Consellería de Educación, Investigación, Cultura y Deporte de la Comunidad Valenciana (project GV/2016/183). Ayoub Fathi Najafabadi thanks the INIA for grant FPI-INIA #43 (CPD2015-0151). The authors thank Fomesa Fruitech S.L.U. and Natural Hand S. L. for their technical support, Cooperativa Agrícola Ntra Sra de Loreto for its technical support and for making the plots and fruit used in this study available and Plant Production Department (Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias) for providing the fruit weight data and the photographs of the different varieties. / Fathi Najafabadi, A. (2021). Optimization of postharvest Technology for "Rojo brillante" Persimmon and Introduction of New Varieties in the Mediterranean Area [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171252 / TESIS / Compendio