En este trabajo de Tesis se evalúo de manera extensiva la diversidad genética presente en los maíces nativos de Latinoamérica, combinando datos fenotípicos y genotípicos, con dos propósitos diferentes. El primero, un estudio donde la diversidad genética, las relaciones interpoblacionales y la estructura poblacional de los materiales nativos permitieron ligar aspectos históricos, antropológicos y arqueológicos del maíz para crear una historia consolidada de la migración del maíz desde su centro de origen en Mesoamérica hacia el Caribe y Sudamérica. El segundo, es explorado el potencial de las razas de maíz para proporcionar nuevos alelos favorables para mejoramiento. La evaluación fenotípica y genotípica conjunta de accesiones del Banco de Germoplasma con material mejorado por CIMMYT permitió identificar fuentes de variación alélica importante para algunos caracteres de interés como tolerancia a la sequía. La caracterización de la diversidad genética de los materiales nativos para la conservación y explotación con fines de mejoramiento es un enfoque muy prometedor en particular con el desarrollo constante de nuevas herramientas genéticas. / In this thesis work, the genetic diversity of Latin American maize landraces was evaluated extensively combining phenotypic and genotypic data, for two different purposes. First, to study the genetic diversity, relationships, and population structure of native materials allowing the linkage of historical, anthropological and archaeological data to create a consolidated history of maize migration from its origin center in Mesoamerica towards The Caribbean and South America. Second, to explore the potential of maize landraces to provide new elite alleles for breeding, the phenotypic and genotypic characterization of gene bank accessions compared to improved material from CIMMYT allowed the identification of important sources of allelic variation for traits of interest including drought tolerance. The characterization of native genetic diversity for conservation and exploitation towards breeding is a very promising approach, especially considering on going development of new genetic tools and methodologies

Tesis por compendio / [ES] En las próximas décadas, los fenómenos extremos como las sequías podrían volverse más frecuentes e intensos debido al cambio climático, afectando en gran medida a las cuencas con problemas de escasez hídrica. Por lo tanto, el estudio de estos fenómenos es esencial, así como predecir sus impactos asociados para garantizar una buena gestión de los recursos hídricos disponibles, sobre todo en sistemas de explotación altamente regulados y estresados, que bajo estas circunstancias ven afectadas su fiabilidad y vulnerabilidad. En esta tesis se aborda esta problemática por medio de un compendio de cinco publicaciones, todas ellas artículos. Dos de estos artículos están publicados en revistas indexadas en el Journal Citation Report (JCR), otros dos están publicados en una revista de reconocido prestigio de habla hispana, y el último se encuentra en proceso de revisión en otra revista indexada en el JCR. Todos los artículos publicados están relacionados con el desarrollo de una metodología de integración de proyecciones climáticas en la gestión y planificación hidrológica, para ayudar en el proceso de toma de decisiones e intentar prevenir los impactos cuantitativos y cualitativos de futuros eventos de sequía. Por otro lado, el artículo en proceso de revisión se centra en la integración de pronósticos estacionales en la evaluación del riesgo de sequía en tiempo real con la misma finalidad. En ambos casos se lleva a cabo un proceso de evaluación del riesgo de sequía, a medio o largo plazo, mediante una cadena de modelos y procesos de corrección y ajuste al caso de estudio, la cuenca del Júcar. De este proceso se obtiene un indicador de riesgo de sequía muy intuitivo que informa sobre la evolución probabilística de los recursos disponibles en el sistema, facilitando así la toma de decisiones a medio o largo plazo. Los principales resultados asociados a la gestión en tiempo real de la sequía indican que los métodos propuestos son prometedores, ya que todos ellos muestran mejores capacidades de predicción que el método implementado en la actualidad. Por otro lado, los resultados de cambio climático prevén un futuro complicado para la cuenca de estudio, con reducciones importantes de las aportaciones futuras (sobre todo para finales de siglo) y altas probabilidades de disponer de menores recursos hídricos en el sistema. Lo mismo ocurre al analizar la calidad del agua, ya que se estiman mayores afecciones para horizontes futuros, sobre todo en zonas relacionadas con la actividad agrícola. Sin embargo, existe una gran incertidumbre en estos resultados más allá de mediados de siglo, debido principalmente a la naturaleza variante de las proyecciones climáticas. A pesar de esta incertidumbre, las metodologías desarrolladas podrían considerarse como el primer paso para tener en cuenta las afecciones de un futuro cambiante en la gestión y planificación hidrológica de forma fiable y robusta, pudiendo implementarse en otras cuencas con la misma problemática y facilitando así la toma de decisiones frente a eventos extremos de sequía. / [CA] En les pròximes dècades, els fenòmens extrems com les sequeres podrien tornar-se més freqüents i intensos a causa del canvi climàtic, afectant en gran mesura a les conques amb problemes d'escassesa hídrica. Per tant, l'estudi d'estos fenòmens és essencial, així com predir els seus impactes associats per a garantir una bona gestió dels recursos hídrics disponibles, sobretot en sistemes d'explotació altament regulats i estressats, que davall estes circumstàncies veuen afectades la seua fiabilitat i vulnerabilitat. En esta tesi s'aborda esta problemàtica per mitjà d'un compendi de cinc publicacions, totes elles articles. Dos d'estos articles estan publicats en revistes indexades en el Journal Citation Report (JCR), altres dos estan publicats en una revista de reconegut prestigi de parla hispana, i l'últim es troba en procés de revisió en una altra revista indexada en el JCR. Tots els articles publicats estan relacionats amb el desenvolupament d'una metodologia d'integració de projeccions climàtiques en la gestió i planificació hidrològica, per a ajudar en el procés de presa de decisions i intentar previndre els impactes quantitatius i qualitatius de futurs esdeveniments de sequera. D'altra banda, l'article en procés de revisió es centra en la integració de pronòstics estacionals en l'avaluació del risc de sequera en temps real amb la mateixa finalitat. En ambdós casos es du a terme un procés d'avaluació del risc de sequera, a mig o llarg termini, per mitjà d'una cadena de models i processos de correcció i ajust al cas d'estudi, la conca del Xúquer. D'este procés s'obté un indicador de risc de sequera molt intuïtiu que informa sobre l'evolució probabilística dels recursos disponibles en el sistema, facilitant així la presa de decisions a mig o llarg termini. Els principals resultats associats a la gestió en temps real de la sequera indiquen que els mètodes proposats són prometedors, ja que tots ells mostren millors capacitats de predicció que el mètode implementat en l'actualitat. D'altra banda, els resultats de canvi climàtic preveuen un futur complicat per a la conca d'estudi, amb reduccions importants de les aportacions futures (sobretot per a finals de segle) i altes probabilitats de disposar de menors recursos hídrics en el sistema. El mateix ocorre al analitzar la qualitat de l'aigua, ja que s'estimen majors afeccions per a horitzons futurs, sobretot en zones relacionades amb l'activitat agrícola. No obstant això, hi ha una gran incertesa en estos resultats més enllà de mitjans de segle, degut principalment a la naturalesa variant de les projeccions climàtiques. A pesar d'esta incertesa, les metodologies desenvolupades podrien considerar-se com el primer pas per a tindre en compte les afeccions d'un futur canviant en la gestió i planificació hidrològica de forma fiable i robusta, podent implementar-se en altres conques amb la mateixa problemàtica i facilitant així la presa de decisions enfront d'esdeveniments extrems de sequera. / [EN] In the coming decades, extreme events such as droughts could become more frequent and intense due to climate change, greatly affecting basins with water scarcity problems. Therefore, the study of these phenomena is essential, as well as predicting their associated impacts to ensure good management of available water resources, especially in highly regulated and stressed exploitation systems, whose reliability and vulnerability are affected under these circumstances. This thesis addresses this problem by means of a compendium of five publications, all of them articles. Two of these articles are published in journals indexed in the Journal Citation Report (JCR), other two are published in a prestigious Spanish-language journal, and the last one is under review in another journal indexed in the JCR. All the published articles are related to the development of a methodology for the integration of climate projections in water planning and management, to help in the decision-making process and try to prevent the quantitative and qualitative impacts of future drought events. On the other hand, the article under revision focuses on the integration of seasonal forecasts in real-time drought risk assessment for the same purpose. In both cases, a drought risk assessment process is carried out, in the medium or long term, by means of a model chain and correction and adjustment processes to the case study, the Júcar River Basin. From this process, a very intuitive drought risk indicator is obtained, providing information on the probabilistic evolution of the resources available in the system and facilitating medium or long-term decision making. The main results associated with real-time drought management indicate that the proposed methods are promising, as they all show better predictive capabilities than the current method implemented in the basin. On the other hand, the climate change results predict a complicated future for the case study, with significant reductions in future inflows (especially by the end of the century) and high probabilities of having lower water resources in the system. The same occurs when analyzing water quality, since greater impacts are estimated for future horizons, especially in areas related to agricultural activity. However, there is great uncertainty in these results beyond mid-century, mainly due to the natural variability of climate projections. Despite this uncertainty, the methodologies developed could be considered as the first step to take into account the effects of a changing future in hydrological management and planning in a reliable and robust way, and could be implemented in other basins with the same problems, thus facilitating decision making to face extreme drought events. / Suárez Almiñana, S. (2021). Incorporación de las predicciones meteorológicas y climáticas en la planificación y gestión de las sequías. Aplicación a la Cuenca del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174533 / TESIS / 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

Amb l'objectiu d'analitzar com la biodiversitat i l'adaptació al clima mediterrani es tradueixen en una diversitat de trets ecofisiològics i la seva resposta a la sequera, i d'estudiar si aquesta diversitat està relacionada amb formes de creixement i amb la història evolutiva de les espècies, es van seleccionar 24 espècies mediterrànies de les Illes Balears. Es va analitzar la capacitat germinativa, els efectes de la sequera en el creixement de plàntules, respostes ecofisiològiques a la sequera a nivell foliar i l'adaptació de l'especificitat de la Rubisco. Es va observar una elevada variabilitat entre espècies, la meitat de la qual associada a les diferents formes de creixement. No s'observà cap diferenciació entre les espècies endèmiques i les no endèmiques. Aquesta elevada diversitat en els trets ecofisiològics i la seva resposta a la sequera suposa un recurs potencial per identificar caràcters adaptatius i un banc genètic per millorar la productivitat de cultius. / Con el objetivo de analizar como la biodiversidad y la adaptación al clima mediterráneo se traducen en una diversidad de caracteres ecofisiológicos y su respuesta a la sequía, y de estudiar si esta diversidad está relacionada con formas de crecimiento y con la historia evolutiva de las especies, se seleccionaron 24 especies mediterráneas de las Islas Baleares. Se analizaron la capacidad germinativa, los efectos de la sequía sobre el crecimiento de las plántulas, las respuestas ecofisiológicas a la sequía a nivel foliar y la adaptación de la especificidad de la Rubisco. Se observó una elevada variabilidad entre especies, la mitad de la cual asociada a las diferentes formas de crecimiento. No se encontraron diferencias entre las especies endémicas y las no endémicas. Esta elevada biodiversidad en respuesta a la sequía supone un recurso potencial para identificar caracteres adaptativos y un banco genético para la mejora de la productividad de cultivos. / The objectives of this work were to analyze how biodiversity and adaptation to Mediterranean climate is reflected in a diversity of ecophysiological traits and their responses to drought, and to study whether such diversity was related to growth forms and endemicity. The analysis covered the germination capacity, the effects of drought on seedling growth, the leaf ecophysiological responses to drought, and the adaptation of Rubisco specificity, in 24 Mediterranean species from the Balearic Islands. A wide range of variation has been observed among the species, with about half of this variability associated to different growth forms. However, no differentiation was found between endemic and non-endemic species of the Balearic Islands. The high diversity in the ecophysiological traits and their responses to drought found among Mediterranean species must be considered as a 'resource' to identify target adaptive traits for breeding plans, but also as a genetic bank to improve crop productivity.