No description available.

Tesis por compendio / [ES] La polilla guatemalteca de la papa, Tecia solanivora, es una plaga invasora originaria de Guatemala desde donde se extendió a lo largo de Centro y Sudamérica, llegando a las Islas Canarias en 1999, y alcanzando la España peninsular en 2015. Si bien en la península Ibérica se encuentra en proceso avanzado de erradicación, en el archipiélago canario ya se ha establecido y se asume que su erradicación no es posible. El manejo de Tecia solanivora es muy complejo debido a que pasa la mayor parte de su ciclo biológico bajo el suelo, protegida en el interior del tubérculo, quedando completamente expuesta solo la polilla adulta. Para la gestión de la plaga se aplican habitualmente medidas culturales durante el ciclo vegetativo, que se combinan con el uso de trampas de feromonas, contribuyendo estas medidas a reducir pérdidas en la cosecha, no obstante, estas siguen siendo económicamente inaceptables. Además, existe una carencia de productos fitosanitarios suficientemente eficaces en campo y la ausencia de productos autorizados para su uso en almacenes. De no ejecutar ninguna estrategia de gestión de la plaga, las pérdidas en las cosechas pueden alcanzar alrededor del 50% en campo y del 100% en almacén. En este contexto, la búsqueda de enemigos naturales para la gestión integrada de la plaga ha cobrado especial relevancia. Particularmente, son interesantes los organismos oófagos, como los estudiados en el presente trabajo, los parasitoides de huevos, Trichogramma achaeae, Trichogramma euproctidis y el ácaro depredador Blattisocius tarsalis, que permiten eliminar la plaga antes que se produzca la eclosión de los huevos, hecho que resulta trascendental, dado que una vez se produce la emergencia de la larva, esta migra hacia el interior del suelo y penetra en los tubérculos resultando muy difícil su eliminación. Por lo tanto, estos agentes de biocontrol eliminan la plaga antes de que las patatas resulten dañadas. En el presente trabajo se aplicó una metodología para realizar un proceso de evaluación para ambas especies de Trichogramma con el objetivo de seleccionar la mejor en tres contextos, laboratorio, semicampo y semialmacén y el ácaro depredador bajo condiciones de laboratorio, semialmacén y almacén. Los resultados revelaron que si bien, T. euproctidis mostró muy buen potencial en los estudios preliminares de laboratorio tanto para condiciones de campo como de almacén, los experimentos de semicampo y semialmacén indicaron que no es un buen agente de control biológico para Tecia solanivora debido a su escasa capacidad para localizar sus huevos. En contraposición, T. achaeae, aunque mostró una eficacia más baja en condiciones de laboratorio, dio resultados prometedores en condiciones de semicampo. Estos resultados confirman la importancia de probar los agentes de biocontrol en condiciones de semicampo o semialmacén antes de dar el paso a condiciones de campo o almacén, dado que basarse solo en resultados positivos de laboratorio podría llevar decisiones incorrectas y una perdida innecesaria de esfuerzos y recursos. En el caso de B. tarsalis, se obtuvieron resultados óptimos en todas las etapas de selección, por lo que fue probado en almacén experimental donde se mostró como un buen agente de control de la polilla guatemalteca de la papa. En este sentido, se deberán continuar las investigaciones a fin de mejorar las liberaciones (densidades y número), y evaluar su uso en otros sistemas de almacenaje. Finalmente, se requerirá un estudio de su viabilidad económica teniendo en cuenta el coste de la cría masiva. Es importante señalar que el uso de agentes de control biológico, como el parasitoide T. achaeae y el ácaro B. tarsalis serán solo dos de las herramientas disponibles para el control integrado de la plaga. En condiciones de campo, las medidas culturales y el trampeo deben mantenerse para reducir las poblaciones de adultos y las puestas de huevos. Así mismo, en almacén las inspecciones visuales y el cribado de patatas infestadas / [CA] L'arna guatemalenca de la creïlla, Tecia solanivora és una plaga invasora originària de Guatemala des d'on es va disseminar al llarg de Centre i Sud-amèrica, arribant a les Illes Canàries el 1999 I alcançant l'Espanya peninsular el 2015. Tot i que en la península Ibèrica es troba en procés avançat d'erradicació, en l'arxipèlag canari ja s'ha establit i es considera que l'erradicació no és possible. La gestió de Tecia solanivora es molt complexa degut a que pasa la major part del cicle vital davall del sòl, refugiada en l'interior del tubèrcle, només la fase adulta está completament exposta. Per al maneig de la plaga, habitualment s'apliquen mesures culturals durant tot el cicle vegetatiu, que es combinen amb l'ús de paranys de feromones, contribuint les esmentades mesures a reduir pèrdues en la collita. Tanmateix, estes continuen sent econòmicament inassumibles. A més ens trobem amb una carència de productes fitosanitaris per al camp prou eficaços i amb l'absència de productes autoritzats en l'àmbit dels magatzems. De portar-se a terme cap estratègia de gestió de la plaga, les pèrdues en la collita poden suposar al voltant del 50% al camp i del 100% als magatzems. En este context, la recerca d'enemics naturals per a la gestió integrada de la plaga ha cobrat especial rellevància. Particularment, són interessants els organismes oòfags, com els estudiats en el present treball, els parasitoides Trichogramma achaeae, Trichogramma euproctidis i l'àcar depredador Blattisocius tarsalis, que permeten eliminar la plaga abans que es produïsca l'eclosió dels sous, fet que resulta transcendent, donat que una vegada es produeix l'emergència de la larva, esta migra cap a l'interior del sòl i penetra en els tubercles resultant molt difícil la seua eliminació. Per tant, estos organismes de biocontrol eliminen la plaga abans que les creïlles resulten danyades. En el present treball es va aplicar una metodologia per realitzar un procés d'avaluació per ambdós espècies de Trichogramma, amb l'objectiu de seleccionar la millor, en els tres contextos, laboratori, semicamp i semimagatzem, I l'àcar depredador sota condicions de laboratori, semimagatzem i magatzem. Els resultats van revelar que si bé, T. euproctidis, mostrà molt bon potencial en els estudis preliminars de laboratori tant per a condicions de camp com de magatzem, els experiments de semicamp i semimagatzem van indicar que no es un bon agent de control biològic per a T. solanivora donada la seua escassa capacitat de trobar els ous. En contraposició, T. achaeae, encara que va mostrar una eficàcia baixa en condicions de laboratori, es va mostrar prometedors en condicions de semicamp. Estos resultats il·lustren la importància de provar els agents de biocontrol en condicions de semicamp o semimagatzem abans de fer el pas a condicions de camp o magatzem, basar-se solament en resultats de laboratori podria suposar la presa de decisions incorrectes amb una pèrdua d'esforços i recursos. En el cas de B. tarsalis, s'obtingueren resultats òptims en totes les etapes de selecció, i per això va ser provat en magatzem experimental on es va mostrar com un bon agent de control de l'arna guatemalenca de la creïlla. En este sentit, s'han de continuar les investigacions amb l'objectiu de millorar els alliberaments (densitats i número), i avaluar el seu ús en altres sistemes d'emmagatzematge. Finalment, es requerirà l' estudi de la seua viabilitat econòmica tenint en compte el cost de la cria massiva. És important assenyalar, que l'ús d'agents de control biològic, com el parasitoide T. achaeae i l'àcar B. tarsalis seran sols dos de les eines disponibles per al control integrat de la plaga. En condicions de camp, les mesures culturals i la instal·lació de parany deuen mantindre's pe reduir les poblacions d'adults i les postes d'ous. Així mateix, en magatzem les inspeccions visuals i el rebuig de creïlles infestades deuen mantindre's. / [EN] The Guatemalan potato moth, Tecia solanivora, is an invasive species. It is native to Guatemala, from where it spread to Central and South America, arriving in the Canary Islands in 1999 and reaching mainland Spain in 2015. Although it is in the process of being eradicated from the Iberian Peninsula, it is established in the Canary Islands and is not considered eradicable. The management of T. solanivora is very complex. Almost its entire biological cycle takes place under the soil and inside the tuber, which protects the pest, and only the adult stage is exposed. If no management strategies are applied, crop losses can reach around 50% in the field and 100% in storage. Cultural measures aim to reduce the pest population in the field during the growing, are combined with pheromone traps to prevent crop losses. However, pest damage often results in unacceptable economic losses. In addition, there is currently a lack of enough effective phytosanitary treatments that can be used in the field or approved for storage. In this situation, research into biological control agents has become particularly important. In this context, the study of oophagous natural enemies such as T. achaeae, T. euproctidis and B. tarsalis is of particular interest for the biological control of the Guatemalan potato moth, as they prevent the eggs from hatching. Once the eggs hatch, the larvae migrate to the soil, making it difficult to remove them before they enter the tubers where they are protected. The use of oophagous biocontrol agents therefore removes the pest before the potatoes are damaged. Experimental methodology was applied to evaluate both Trichogramma species to select the best in three biocontrol contexts, laboratory, semi-field and semi-storage, and the predatory mite B. tarsalis under laboratory, semi-field and storage conditions. Although T. euproctidis showed good preliminary results in laboratory studies for both field and storage conditions, semi-field and semi-storage trials suggest that it is not a good biocontrol agent due to its poor ability to locate T. solanivora eggs. In contrast, T. achaeae, although less effective than T. euproctidis under laboratory conditions, proved to be a promising control agent under field conditions. These results highlight the importance of testing natural enemies under semi-field/semi-storage conditions prior to field or storage testing. Indeed, selecting biocontrol agents on the basis of positive laboratory test results alone could lead to wrong decisions and unnecessary expenditure of effort and resources. In the case of B. tarsalis, which has been shown to be a good biocontrol agent in experimental storage, there is a need to improve mite releases (density of mites per release and number of releases) and evaluations in the field. It is important to note that the use of biological control agents, such as the parasitoid T. achaeae and the mite B. tarsalis, are only two of the tools available for integrated pest management. Under field conditions, cultural measures and trapping must be maintained to reduce adult populations and egg laying. In storage, visual inspection and screening of infested potatoes should also be maintained. / Gavara Vidal, J. (2024). Evaluation and selection of biological control agents for the integrated management of the Guatemalan potato moth, Tecia solanivora [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207355 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Los pequeños ARNs artificiales (art-sRNAs) son moléculas de ARN de simple cadena, de 21 nucleótidos (nt), diseñados computacionalmente para silenciar genes de la planta con alta eficacia y especificidad. Los art-sRNAs se clasifican en dos grupos: micro ARNs artificiales (amiRNAs) y pequeños ARNs interferentes sintéticos que actúan en trans (syn-tasiRNAs). A pesar de que los art-sRNAs se usan frecuentemente para silenciar genes endógenos y exógenos en plantas, todavía hay algunos aspectos desconocidos que limitan sus aplicaciones. Uno de ellos es su capacidad de movimiento, dado que se desconoce si son capaces de moverse y silenciar genes endógenos en tejidos distintos a los de origen. Por tanto, el uso de art-sRNAs para inducir silenciamiento génico a nivel de toda la planta, habitualmente implica la generación de plantas transgénicas que expresen los precursores completos de art-sRNAs, limitando su versatilidad como herramienta biotecnológica para genómica funcional y mejora de cultivos. En esta tesis, hemos investigado en primer lugar la capacidad de silenciamiento sistémico de los art-sRNAs y, posteriormente, hemos diseñado precursores mínimos de art-sRNAs para facilitar su expresión no transgénica a partir de virus y en toda la planta. En primer lugar, estudiamos la capacidad de silenciamiento local y sistémico de art-sRNAs dirigidos contra la subunidad CHLI de la quelatasa de magnesio, codificada por el gen SULPHUR (NbSu), mediante ensayos de expresión transitoria en Nicotiana benthamiana. Tanto amiRNAs como syn-tasiRNAs indujeron el silenciamiento sistémico de NbSu, para lo cual se requieren altos niveles de expresión cerca del peciolo. Esta actividad sistémica está facilitada por el movimiento vascular de art-sRNAs de doble cadena y 21 nt a través de la planta, permitiendo silenciar genes en tejidos distintos a los de origen. Este resultado pone de manifiesto el potencial biotecnológico de expresar localmente art-sRNAs que sean capaces de moverse a tejidos distales de la planta y desencadenar un silenciamiento génico altamente específico. En segundo lugar, nos centramos en diseñar precursores de tamaño mínimo derivados de las moléculas precursoras endógenas de Arabidopsis thaliana (Arabidopsis): MIR390a (521 nt) y TAS1c (1011 nt). Evaluamos la eficacia de silenciamiento de una colección de construcciones que contenían versiones acortadas de los precursores AtMIR390a y AtTAS1c mediante expresión transitoria y estable en N. benthamiana y Arabidopsis, respectivamente. Observamos que, tanto amiRNAs como syn-tasiRNAs, son altamente eficientes y se procesan de forma precisa cuando se producen a partir de precursores mínimos de solo 89 y 54 nt respectivamente. Además, comprobamos que cuando se expresan a partir de un vector viral de ARN, como el virus X de la patata, solo se producen art-sRNAs auténticos a partir de precursores mínimos, y no de los de longitud completa, lo que da lugar al silenciamiento eficiente de genes endógenos en N. benthamiana. Asimismo, pudimos inducir silenciamiento génico mediante art-sRNAs expresados a partir de un virus, de forma no transgénica y escalable, mediante la pulverización sobre plantas de extractos infecciosos que contenían los vectores modificados. Estos resultados muestran que la longitud de los precursores de art-sRNAs puede ser acortada de forma significativa sin comprometer la eficacia del silenciamiento inducido, y que los precursores mínimos ofrecen una ventaja biotecnológica sobre los precursores de longitud completa cuando se expresan a partir de vectores virales. / [CA] Els xicotets ARNs artificials (art-sRNAs) són molècules d'ARN de simple cadena de 21 nucleòtids (nt), dissenyats computacionalment per a silenciar gens de plantes amb alta eficàcia i especificitat. Els art-sRNAs es classifiquen en dos tipus: microARNs artificials (amiRNAs) i xicotets ARNs interferents sintètics que actuen en trans (syn-tasiRNAs). Encara que els art-sRNAs són àmpliament utilitzats per a silenciar tant gens endògens com exògens en plantes, hi ha alguns aspectes desconeguts que limiten les seues aplicacions. Un d'ells és la seua capacitat de moviment, ja que encara no s¿ha establit si poden desplaçar-se i silenciar gens endògens en teixits diferents del d'origen. Conseqüentment, aconseguir un silenciament gènic en tota la planta mediat per art-sRNAs normalment requereix la producció de plantes transgènices que expressen els precursors complets dels art-sRNAs, la qual cosa restringeix el seu ús versàtil com a eina biotecnològica per a la genòmica funcional i la millora de cultius. En aquesta tesi, primer vam investigar la capacitat de silenciament sistèmic dels art-sRNAs, i després vam dissenyar precursors mínims d'art-sRNAs per a facilitar la seua aplicació de manera no transgènica a tota la planta, expressant els art-sRNAs a partir de vectors virals. Primer, vam estudiar la capacitat de silenciament local i sistèmic dels art-sRNAs, dirigits contra el gen SULPHUR (NbSu) ,que codifica per a una subunitat de la quelatasa de magnesi, assajada en Nicotiana benthamiana mitjançant l'expressió transitòria. Tant amiRNAs com syn-tasiRNAs van produir silenciament sistèmic de NbSu, amb una alta expressió d'art-sRNAs prop del pecíol de la fulla. El moviment vascular dels dúplexs d'art-sRNAs de 21 nt va facilitar aquesta activitat sistèmica a través de la planta, permetent el silenciament d'aquest gen en teixits distals als quals els art-sRNAs han sigut produïts. Aquest resultat destaca el gran potencial biotecnològic dels art-sRNAs expressats localment, capaços de moure's a grans distancies i amb molta especificitat, desencadenant el silenciament gènic a tota la planta. En segon lloc, ens vam centrar en dissenyar precursors d'amiRNAs i syn-tasiRNAs del mínim tamany possible, derivats dels precursors endògens MIR390a (521 nt) i TAS1c (1011 nt) d' Arabidopsis thaliana, respectivament. Vam avaluar l'eficàcia de silenciament d'una col·lecció de construccions que incloïen les versions acurtades dels precursors AtMIR390a i AtTAS1c, fent servir expressió transitòria en N.benthamiana i expressió estable en A. thaliana. Vam trobar que es poden produir amiRNAs i syn-tasiRNAs altament efectius i correctament processats a partir de precursors mínims de només 89 i 54 nt respectivament. A més, vam observar que art-sRNAs autèntics es produeixen a partir dels precursors mínims i no utilitzant els precursors complets quan s'expressen des d'un vector viral basat en ARN, com el virus X de la creïlla, resultant en un silenciament eficient de gens endògens de N. benthamina. A més, el silenciament de gens mediat per art-sRNAs expressats a partir d'un vector viral es va a aconseguir amb èxit sense l'ús de transgènics i d'una manera escalable, utilitzant un esprai amb extractes crus infecciosos que contenen els vectors virals modificats. Aquests resultats manifesten que la longitud dels precursors d'art-sRNAs pot ser reduïda significantment sense comprometre l'eficàcia de silenciament, i que aquests precursors mínims ofereixen un avantatge biotecnològic sobre els precursors complets quan s'expressen a partir de vectors virals. / [EN] Artificial small RNAs (art-sRNAs) are 21-nucleotide (nt) single-stranded RNA molecules computationally designed to silence genes with high efficacy and specificity. Art-sRNAs are classified into two main types: artificial microRNAs (amiRNAs) and synthetic trans-acting small interfering RNAs (syn-tasiRNAs). Although art-sRNAs are widely used to silence both endogenous and exogenous plant genes, there are still some unknown aspects limiting their applications. One of them is their movement capacity, since it has not been established whether they can move and silence endogenous genes in tissues other than where they are originally expressed. Consequently, achieving whole-plant gene silencing mediated by art-sRNAs, typically requires the generation of transgenic plants expressing full-length art-sRNA precursors, restricting their use as versatile biotechnological tools for functional genomics and crop improvement. In this thesis, we first investigated the systemic silencing capacity of art-sRNAs, and then engineered minimal art-sRNA precursors to facilitate transgene-free, virus-based expression of art-sRNAs at the whole-plant level. Firstly, we studied the local and systemic silencing capacity of art-sRNAs targeting the magnesium chelatase subunit CHLI-encoding SULPHUR (NbSu) gene, using transient expression assays in Nicotiana benthamiana. Both amiRNAs and syn-tasiRNAs were found to induce systemic silencing of NbSu, which required high art-sRNA expression near the leaf petiole. This systemic activity was facilitated by the vascular movement of 21-nt art-sRNA duplexes throughout the plant, allowing the silencing of plant genes in tissues different from where art-sRNAs are produced. This result highlights the biotechnological potential of locally expressed art-sRNAs to move long distances and trigger highly specific gene silencing throughout the plant. Secondly, we focused on engineering amiRNA and syn-tasiRNA precursors of minimal size and derived from the endogenous Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) MIR390a (521 nt) and TAS1c (1011 nt) precursors, respectively. We evaluated the silencing efficacy of a collection of constructs containing shortened versions of the AtMIR390a and AtTAS1c precursors, through both transient and stable expression in N. benthamiana and Arabidopsis, respectively. We found that highly effective and accurately processed amiRNAs and syn-tasiRNAs can be produced from minimal precursors of only 89 and 54 nt, respectively. Moreover, we observed that authentic art-sRNAs are produced from minimal -but not from full-length precursors- when expressed from an RNA-based viral vector, such as potato virus X, resulting in efficient silencing of endogenous genes in N. benthamiana. Furthermore, virus-induced gene silencing mediated by art-sRNAs was successfully achieved in a transgene-free and scalable manner by spraying plants with infectious crude extracts containing the modified viral vectors. These results reveal that the length of art-sRNA precursors can be significantly shortened without compromising silencing efficacy, and that minimal precursors offer a biotechnological advantage over full-length precursors when expressed from viral vectors. / This work was supported by grants or fellowships from Ministerio de Ciencia y Universidades (MCU, Spain), Agencia Estatal de Investigación (AEI, Spain) and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER, European Union) [RTI2018-095118-A-100, PID2021-122186OB-100 and RYC-2017-21648 to A.C., and PRE2019-088439 and PRE2022-102565 to A.E.C. and J.L.-G., respectively], NextGenerationEU/PRTR (European Union) [CNS2022-135107 to A.C.], from Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC, Spain) [JAEINT_21_00860 to A.P.-E.] and from European Commission [Erasmus+ Grant Agreement 2020-1-DE01-KA103-005653 to A.P. / González Cisneros, AE. (2024). Artificial Small RNAs in Plants: Characterization of Systemic Activity, and Engineering Minimal Precursors for Transgene-Free, Virus-Based Expression [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213397 / Compendio

[ES] La tesis abarca una serie de estudios destinados a mejorar los programas de selección genética para aumentar la eficiencia alimentaria en dos etapas de la vida productiva de los cerdos: lactación y crecimiento. En los capítulos 2 al 5 se exploraron diversas metodologías y fuentes de información (genética, genómica y fenómica) para lograr este objetivo. La eficiencia alimentaria durante la lactación es un sistema complejo de rasgos fenotípicos interrelacionados. En el Capítulo 2 se usaron modelos de ecuaciones estructurales para inferir las asociaciones causales entre la ingesta diaria de alimento, el balance de peso de la cerda, la ganancia de peso de la camada, el balance de espesor de grasa dorsal y el peso metabólico de la cerda. Se analizaron datos de 1.100 cerdas de un experimento de selección divergente para la eficiencia en cerdos en crecimiento. Se utilizó el algoritmo de causación inductiva para definir el modelo de ecuaciones estructurales. Los resultados indicaron que la ingesta diaria de alimento y la ganancia diaria de peso de la camada influenciaban el balance diario de peso de la cerda, con coeficientes estructurales medios de 0.12 y -0.03, respectivamente. Posteriormente, el balance diario de peso de la cerda impactó en el balance diario del grosor de la grasa dorsal y en el peso metabólico de la cerda, con coeficientes estructurales de 0,70 y -1,22, respectivamente. Se evaluaron diferentes estrategias de selección. Las estrategias de selección que no dependían de registros de ingesta alimentaria resultaron igualmente efectivas, aunque aumentar la ganancia de peso de la camada reduciendo o manteniendo constante la ingesta alimentaria sin deteriorar la condición corporal de la cerda parece difícil. En el Capítulo 3 se exploraron los beneficios de métodos de multi-output y stacking para mejorar la precisión de la predicción de la eficiencia alimentaria a partir del genotipo de cerdos en crecimiento. Se analizaron datos de 5.828 cerdos y 45.610 SNPs, implementando cuatro estrategias diferentes. Modelos de random forest y support vector regression fueron entrenados con diferentes subconjuntos de variables predictoras (de 200 a 3000 SNPs más informativos). La estrategia estándar, que utilizaba solo los genotipos como predictores, mostró el mejor rendimiento. Con el algoritmo random forest y los 1.000 SNPs más informativos, la correlación de Spearman promedio fue 0.23 (0.04). En cuanto a la fenotipado de alto rendimiento, se propuso el uso de los acelerómetros y las cámaras para obtener información sobre el comportamiento animal. En el Capítulo 4, 16 conejos fueron equipados con acelerómetros y grabados durante 2 semanas. Se segmentaron las series temporales en ventanas de tiempo de diferentes tamaños (1, 3, 5, 7 y 9 segundos) y se calcularon 41 características por ventana. Modelos de random forest, support vector machine y gradient boosting fueron entrenados para clasificar estados activos/inactivos. El modelo de random forest, con una ventana de 9 segundos y las 5 características más importantes, alcanzó una precisión mediana de 1 y una recall mediana de 0.93. Finalmente, en el Capítulo 5 se combinó un algoritmo de seguimiento por detección con un sistema de identificación por radiofrecuencia para rastrear doce cerdos de un corral de los cuales tres cerdos tenían marcas de pelaje únicas que facilitaban su distinción visual. Se implementaron el algoritmo You Only Look Once (v8) para detección y el algoritmo BoT-SORT para seguimiento. Los cerdos con pelajes similares se rastrearon durante un promedio de 49 minutos, mientras que los cerdos con marcas únicas se rastrearon 152 minutos, con una coincidencia del 90% o más con la verdad absoluta. Esta combinación de dispositivos representa un avance significativo en la identificación, seguimiento y trazabilidad de animales en grupo. / [CA] La tesi comprén una sèrie d'estudis destinats a millorar els programes de selecció genètica per a augmentar l'eficiència alimentària en dos etapes de la vida productiva dels porcs: lactació i creixement. En els capítols 2 al 5 es van explorar diverses metodologies i fonts d'informació (genètica, genòmica i fenómica) per a aconseguir este objectiu. L'eficiència alimentària durant la lactació és un sistema complex de trets fenotípics interrelacionats. En el Capítol 2 es van usar models d'equacions estructurals per a inferir les associacions causals entre la ingesta diària d'aliment, el balanç de pes de la truja, l'augment de pes de la ventrada, el balanç del gruix del greix dorsal i el pes metabòlic de la truja. Es van analitzar dades de 1.100 truges d'un experiment de selecció divergent per a l'eficiència en porcs en creixement. Es va utilitzar l'algorisme de causación inductiva per a definir el model d'equacions estructurals. Els resultats van indicar que la ingesta diària d'aliment i l'augment diari de pes de la ventrada van influir en el balanç diari de pes de la truja, amb coeficients estructurals mitjans posteriors de 0,12 i -0.03, respectivament. Posteriorment, el balanç diari de pes de la truja va impactar en el balanç diari del gruix del greix dorsal i en el pes metabòlic de la truja, amb coeficients estructurals de 0,70 i -1,22, respectivament. Es van avaluar diferents estratègies de selecció. Les estratègies de selecció que no depenien de registres d'ingesta alimentària van resultar igualment efectives, encara que augmentar el pes de la ventrada reduint o mantenint constant la ingesta alimentària sense deteriorar la condició corporal de la truja sembla difícil. En el Capítol 3 es van explorar els beneficis de mètodes de multi-output i stacking per a millorar la precisió de la predicció de l'eficiència alimentària a partir del genotip de porcs en creixement. Es van analitzar dades de 5.828 porcs i 45.610 SNPs, implementant quatre estratègies diferents. Models de random forest i support vector regression van ser entrenats amb diferents subconjunts de variables predictores (de 200 a 3000 SNPs més informatius). L'estratègia estàndard, que utilitzava només els genotips com a predictors, va mostrar el millor rendiment. Amb l'algorisme random forest i els 1.000 SNPs més informatius, la correlació de Spearman mitjana va ser 0.23 (0.04). Quant a la fenotipat d'alt rendiment, es va proposar l'ús dels acceleròmetres i càmeres per a obtindre informació sobre el comportament animal. En el Capítol 4, 16 conills van ser equipats amb acceleròmetres i gravats durant 2 setmanes. Es van segmentar les sèries temporals en finestres de temps de diferents grandàries (1, 3, 5, 7 i 9 segons) i es van calcular 41 característiques per finestra. Models de random forest, support vector machine i gradient boosting van ser entrenats per a classificar estats actius/inactius. El model de random forest, amb una finestra de 9 segons i les 5 característiques més importants, va aconseguir una precisió mitjana d'1 i una recall mitjana de 0.93. Finalment, en el Capítol 5 es va combinar un algorisme de seguiment per detecció amb un sistema d'identificació per radiofreqüència per a rastrejar dotze porcs d'un corral dels quals tres tenien marques de pelatge úniques que facilitaven la seua distinció visual. Es van implementar l'algorisme You Only Look Onze (v8) per a detecció i l'algorisme Bot-SORT per a seguiment. Els porcs amb pelatges similars es van rastrejar durant una mitjana de 49 minuts, mentres que els porcs amb marques úniques es van rastrejar 152 minuts, amb una coincidència del 90% o més amb la veritat absoluta. Esta combinació de dispositius representa un avanç significatiu en la identificació, seguiment i traçabilitat d'animals en grup. / [EN] The thesis comprises a series of studies aimed at improving genetic selection programs to increase feed efficiency at two stages of the productive life of pigs: lactation and growth. In Chapters 2 to 5, various methodologies and sources of information (genetics, genomics, and phenomics) were explored to achieve this goal. Feed efficiency during lactation is a complex system of interrelated phenotypic traits. In Chapter 2, structural equation models were used to infer the causal associations between daily feed intake, sow weight balance, litter weight gain, backfat thickness balance, and sow metabolic body weight. Data from 1,100 sows from a divergent selection experiment for efficiency in growing pigs were analysed. The inductive causation algorithm was used to define the structural equation model. Results indicated that daily feed intake and daily litter weight gain influenced daily sow weight balance, with average structural coefficients of 0.12 and -0.03, respectively. Subsequently, daily sow weight balance impacted daily backfat thickness balance and sow metabolic body weight, with structural coefficients of 0.70 and -1.22, respectively. Different selection strategies were evaluated. Selection strategies that did not rely on feed intake records proved equally effective, although increasing litter weight gain while reducing or maintaining constant feed intake without deteriorating the sow's body condition seems challenging. In Chapter 3, the benefits of multi-output and stacking methods to improve the accuracy of predicting feed efficiency from the genotype of growing pigs were explored. Data from 5,828 pigs and 45,610 SNPs were analysed, implementing four different strategies. Random forest and support vector regression models were trained with different subsets of predictor variables (from 200 to 3,000 of the most informative SNPs). The standard strategy, which used only genotypes as predictors, showed the best performance. With the random forest algorithm and the top 1,000 SNPs, the average Spearman correlation was 0.23 (0.04). Regarding high-throughput phenotyping, the use of accelerometers and cameras to obtain information on animal behaviour was proposed. In Chapter 4, 16 rabbits were equipped with accelerometers and filmed for 2 weeks. The time series were segmented into time windows of different sizes (1, 3, 5, 7, and 9 seconds), and 41 features were calculated per window. Random forest, support vector machine, and gradient boosting models were trained to classify active/inactive states. The random forest model, with a 9-second window and the 5 most important features, achieved a median precision of 1 and a median recall of 0.93. Finally, in Chapter 5, a tracking-by-detection algorithm was combined with a radio frequency identification system to track twelve pigs in a pen, three of which had unique coat markings that facilitated visual distinction. The You Only Look Once (v8) algorithm was implemented for detection and the BoT-SORT algorithm for tracking. Pigs with similar coat markings were tracked for an average of 49 minutes, while pigs with unique markings were tracked for 152 minutes, with a 90% or higher match with the ground truth. This combination of devices represents a significant advancement in the identification, tracking, and traceability of animals in groups. / Mora Fenoll, M. (2024). New insights for enhancing feed efficiency [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211262

[ES] La familia Tephritidae constituye un grupo de dípteros de gran interés económico debido a que incluye especies consideradas plagas en casi todas las áreas frutícolas del mundo. Entre las especies de tefrítidos citadas en España, se encuentra Ceratitis capitata, la mosca de la fruta del Mediterráneo, plaga de gran relevancia económica en el país. La gestión de esta plaga requiera de actuaciones en grandes áreas frutícolas y con integración de diversas tecnologías y herramientas de control, siendo las actuaciones principales los tratamientos químicos, el trampeo masivo y la aplicación de la técnica del insecto estéril (TIE). Conocer la biología reproductiva de C. capitata es de gran importancia para desplegar nuevos métodos de control y mejorar los ya existentes, especialmente la TIE. En este sentido, y haciendo uso de los avances biotecnológicos, se desarrolló un método molecular de cuantificación, basado en la aplicación de una PCR en tiempo real mediante el uso de marcadores del cromosoma Y, para estimar la cantidad de espermatozoides contenidos en las espermatecas (capítulo 2). Este método fue validado satisfactoriamente como medio de cuantificación de la cantidad de esperma almacenado en las espermatecas después del apareamiento para dos cepas de C. capitata, la cepa silvestre y la cepa Vienna-8, empleada internacionalmente en la producción masiva de machos estériles para el programa TIE. Además, los resultados obtenidos mostraron detecciones positivas de esperma en apareamientos de corta duración (10 minutos) y se confirmó la transferencia efectiva de esperma en el 78 % de los casos evaluados. Una vez obtenido un método más eficaz para cuantificar el esperma almacenado en las espermatecas, éste se empleó para estudiar (Capítulo 3) la influencia de la edad del macho y la duración de la cópula en la cantidad de esperma trasferido durante la misma, en ambas cepas. Estos aspectos que se han relacionado con el rendimiento de los machos estériles empleados en los programas TIE. Además de observarse un efecto de la cepa, se determinó una influencia positiva de la duración de la cópula en la cantidad de esperma recibido por las hembras. Los resultados mostraron un patrón gradual de transferencia no lineal que aumenta con la duración del apareamiento en ambas cepas. En cuanto a la edad de los machos no se observó una influencia en la cantidad de esperma transferido dentro del rango de edad evaluado. Por último, se estudió la capacidad de los machos Vienna-8 estériles para volver a aparearse e inseminar a las hembras (Capítulo 4). El fenómeno del apareamiento múltiple, relacionado con la eficacia reproductiva de C. capitata, ha sido observado en las poblaciones naturales, tanto en hembras (poliandria) como en machos (poliginia), pero ha sido poco estudiada en machos irradiados. Los resultados mostraron que el 57 % de los machos estériles recopularon hasta en tres ocasiones y el 73 % al menos en una ocasión y que en estos reapareamientos hubo transferencia efectiva de esperma en el 99 % de los casos. En cuanto a la cantidad de espermatozoides transferidos en las recópulas producidas, se observó una tendencia a disminuir respecto a la primera cópula, pero no se detectó una situación de aspermia. En conclusión, esta tesis desarrolla un nuevo método molecular basado en la detección del cromosoma Y para evaluar el esperma almacenado en las espermatecas de hembras en C. capitata. Este método ha sido validado para estimar los espermatozoides de las cepas silvestre y Vienna-8 de esta especie, y podría servir como modelo base para la cuantificación de gametos en otras especies de tefrítidos. Se han mejorado los patrones de transferencia del esperma con relación al tiempo de apareamiento para ambas cepas, y se ha determinado, por primera vez, el potencial de recópula de los machos estériles Vienna-8 y su capacidad para transferir esperma no viable a lo largo de múltiples apareamientos. / [CA] La família Tephritidae constituïx un grup de dípters de gran interés econòmic pel fet que inclou espècies considerades plagues en quasi totes les explotacions frutícoles del món, especialment les conegudes com a mosques de la fruita. Entre les espècies de tefrítids citades a Espanya, es troba Ceratitis capitata, la mosca de la fruita del Mediterrani, plaga de gran rellevància econòmica al país. La gestió d'aquesta plaga requerisca d'actuacions en grans àrees frutícoles i amb integració de diverses tecnologies i ferramentes de control, sent les actuacions principals els tractaments químics, el trampeig massiu i l'aplicació de la tècnica de l'insecte estèril (TIE). Conéixer la biologia reproductiva de C. capitata és de gran importància per a desplegar nous mètodes de control i millorar els ja existents, especialment la TIE. En este sentit, i fent ús dels avanços biotecnològics, en primer lloc (capítol 2) es va desenvolupar un mètode molecular de quantificació, basat en l'aplicació d'una PCR en temps real mitjançant l'ús de marcadors del cromosoma Y, per a estimar la quantitat d'espermatozoides continguts en les espermateques. Este mètode va ser validat satisfactòriament com a mitjà de quantificació dels espermatozoides emmagatzemats en les espermateques després de l'aparellament per a dos soques de C. capitata, la soca silvestre i la soca Vienna-8, empleada internacionalment en la producció massiva de mascles estèrils per al programa TIE. A més, els resultats obtinguts van mostrar deteccions positives d'esperma en aparellaments de curta duració (10 minuts) i es va confirmar la transferència efectiva d'esperma en el 78% dels casos avaluats. Una vegada obtingut un mètode més eficaç per a quantificar l'esperma emmagatzemat en les espermateques, aquest es va emprar per a estudiar (capítol 3) la influència de l'edat del mascle i la duració de la còpula en la quantitat d'esperma transferit durant esta, en ambdues soques. Estos aspectes s'han relacionat amb el rendiment dels mascles estèrils empleats en els programes TIE. A més d'observar-se un efecte de la soca, es va determinar una influència positiva de la durada de l'acoblament en la quantitat d'esperma rebut per les femelles. Els resultats van mostrar un patró gradual de transferència no lineal que augmenta amb la duració de l'aparellament en ambdues soques. Quant a l'edat dels mascles, no es va observar una influència en la quantitat d'esperma transferit dins del rang d'edat avaluat. Finalment, es va estudiar la capacitat dels mascles Vienna-8 estèrils per a tornar a emparellar-se i inseminar a les femelles (capítol 4). El fenomen de l'aparellament múltiple, relacionat amb l'eficàcia reproductiva de C. capitata, ha sigut observat en les poblacions naturals, tant en femelles (poliàndria) com en mascles (poligínia), però ha sigut poc estudiada en mascles irradiats. Els resultats van mostrar que el 57% dels mascles estèrils van recopular fins a tres ocasions i el 73% almenys en una ocasió i que en estos reaparellaments va haver-hi transferència efectiva d'esperma en el 99% dels casos. Quant a la quantitat d'espermatozoides transferits en les récopulas produïdes, es va observar una tendència a disminuir respecte a la primera còpula, però no es va detectar una situació d'aspèrmia. En conclusió, esta tesi desenvolupa un nou mètode molecular basat en la detecció del cromosoma Y per a avaluar l'esperma emmagatzemat en les espermateques de femelles en C. capitata. Este mètode ha sigut validat per a estimar els espermatozoides de les soques silvestre i Vienna-8 d'esta espècie, i podria servir com a model base per a la quantificació de gàmetes en altres espècies de tefrítids. S'han millorat els patrons de transferència de l'esperma en relació amb el temps d'aparellament per ambdues coques, i s'ha determinat, per primera vegada, el potencial de recòpula dels mascles estèrils Vienna-8 i la seua capacitat per a transferir esperma no viable al llarg de múltiples aparellaments. / [EN] Tephritidae family constitutes a great interest group of dipterans as it includes species considered pests in almost all fruit-growing areas around the world, especially those known as fruit flies. The Mediterranean fruit fly, Ceratitis capitata, is among the recorded tephritids species in Spain and it is recognized as a pest of great economic importance by Spanish government. The ability to adapt to different environmental conditions of each of its development stages and its polyphagy are two of the key aspects to become such a harmful pest. C. capitata has the largest host range known among tephritids. These biological and adaptative traits make management of this pest require actions in large fruit-growing areas and the integration of various technologies and control tools. The integrated pest management programme includes chemical treatments, mass trapping and the application of the sterile insect technique (SIT). The study of the reproductive biology of C. capitata is relevant for deploying new control methods and improving existing ones, especially SIT. Taking it into consideration, and making use of biotechnological advances, in chapter 2, we develop a molecular quantification method, based on the application of real-time PCR using Y-chromosome markers, to estimate the amount of sperm contained in spermathecae. This method was successfully validated to quantify the amount of spermatozoa stored in the spermathecae after mating for two strains of C. capitata, wild-type strain and Vienna-8 strain, used internationally in the mass production of sterile males in TIE programmes. Positive sperm detections were obtained in short-term matings (10 minutes) and effective sperm transfer was confirmed in 78% of the cases evaluated. Once obtained this effective method to quantify the sperm stored in the spermathecae, it was used to study in chapter 3 the influence of male age and copula duration on the amount of sperm transferred during mating in both strains. These aspects have been related to the performance of sterile males used in TIE programmes. In addition to observing a strain effect, it was determined a positive influence of copula duration on the amount of sperm received by females. The results showed a gradual pattern of non-linear transfer that increases with mating duration in both strains. Regarding the age of the males, no influence was observed on the amount of sperm transferred within the evaluated age range. Finally, the ability of sterile Vienna-8 males to remate and inseminate females was studied in chapter 4. The phenomenon of multiple mating, related to the reproductive efficiency of C. capitata, has been observed in natural populations, both in females (polyandry) and males (polygyny), but it has been barely studied in irradiated males. The results of this chapter showed that 57% of the sterile males recopulated up to three times and 73% at least once, and there was effective sperm transfer in 99% of these rematings. Regarding the amount of sperm transferred along the remating occasions, a tendency to decrease was observed with respect to the first copulation, but a situation of aspermia was not detected. In conclusion, this thesis develops a new molecular method based on the detection of the Y-chromosome to estimate the sperm stored in the spermathecae of females in C. capitata. This method has been validated to estimate spermatozoa from wild-type and Vienna-8 strains of this tephritid and it could be used as a model for the quantification of gametes in other fruit fly species. Sperm transfer patterns have been improved in relation to mating time for both strains, and the remating potential of sterile Vienna-8 males and their ability to transfer non-viable sperm over multiple matings have been determined for the first time in a period of their lifetime. / Català Oltra, M. (2024). Cuantificación y análisis de la transferencia de espermatozoides en Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae): Aplicaciones en programas de la Técnica del Insecto Estéril [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213442

[ES] Las plantas son plataformas versátiles para la síntesis de compuestos valiosos para el ser humano a través de la ingeniería metabólica y la biología sintética. Estas "biofactorías" pueden producir sustancias de alto valor para fines industriales, médicos y agrícolas, incluyendo feromonas sexuales de insectos, que ofrecen una alternativa sostenible a los pesticidas en la protección de cultivos. Sin embargo, estas feromonas se producen típicamente mediante síntesis química, una estrategia no muy ecológica, lo cual subraya la necesidad de métodos de producción más sostenibles. Las rutas biosintéticas de las feromonas sexuales de polillas están actualmente bien descritas, y se han identificado muchos de los genes responsables de su síntesis. Nuestro grupo desarrolló recientemente plantas transgénicas estables de Nicotiana benthamiana, denominadas 'SexyPlant', que producen y emiten feromonas volátiles biológicamente activas como Z11-16OH, Z11-16OAc y Z11-16Ald. Esto se logró integrando rutas biosintéticas de varias especies de polillas en N. benthamiana, utilizando genes tanto de polillas como de plantas y aprovechando el metabolismo endógeno de ácidos grasos de la planta. Sin embargo, este enfoque provocó problemas de toxicidad debido a la acumulación de compuestos y a las interrupciones en la ruta metabólica de ácidos grasos de la planta. En el primer capítulo, abordamos estos problemas de toxicidad en 'SexyPlant' explorando acetiltransferasas alternativas para mejorar la eficiencia de conversión de Z11-16OH a Z11-16OAc. También investigamos la activación de esta ruta biosintética utilizando reguladores transcripcionales basados en CRISPR combinados con promotores sintéticos, creando líneas transgénicas estables ('GuidedPathway' y 'NonGuidedPathway') con dos configuraciones génicas diferentes que acumulan biomasa y no producen ni emiten feromonas sexuales de polilla hasta ser específicamente activadas por elementos genéticos ortogonales apropiados. Aunque el rendimiento de producción es menor que en las plantas 'SexyPlant' constitutivas, en este capítulo demostramos el potencial para activar la ruta biosintética y exploramos los cuellos de botella en el sistema. El segundo capítulo se centra en la producción heteróloga de monoterpenoides irregulares, una familia de compuestos que incluyen feromonas sexuales de la superfamilia Coccoidea (por ejemplo, los insectos escama). A pesar de que la ruta biosintética de estas moléculas es desconocida, expresamos genes derivados de plantas con actividades similares. Introdujimos genes que codifican para la sintasa de crisantenil difosfato (CPPS) de Tanacetum cinerariifolium y la sintasa de lavandulil difosfato (LPPS) de Lavandula x intermedia en tabaco y N. benthamiana para lograr una expresión transitoria y estable, resultando en líneas transgénicas. Caracterizamos la producción y emisión de estos compuestos volátiles en diferentes tejidos y etapas de desarrollo foliar, identificando las hojas juveniles como el tejido más productivo. Además, buscamos producir feromonas sexuales de Coccoidea coexpresando LiLPPS con LiAAT4, logrando la producción de acetato de lavandulil, un componente de la mezcla de feromonas de la cochinilla Dysmicoccus grassii, la feromona de agregación de Frankliniella occidentalis, y un larvicida conocido para mosquitos. Estos 'biodispensadores' emitieron hasta 0,63 mg de acetato de lavandulil por día, sugiriendo que se necesitarían entre 200 y 500 plantas por hectárea para igualar la eficacia de los dispositivos comerciales de liberación de feromonas. En resumen, esta tesis ofrece diferentes estrategias para abordar la producción de feromonas sexuales de insectos y compuestos volátiles asociados en biofábricas de plantas, explorando las limitaciones de esta biosíntesis. / [CA] Plants are versatile platforms for synthesizing valuable compounds through metabolic engineering and synthetic biology. These "biofactories" can produce high-value substances for industrial, medical, and agricultural purposes, including insect sex pheromones, which offer a sustainable alternative to pesticides in crop protection. However, these pheromones are typically produced via chemical synthesis, which is not environmentally friendly, highlighting the need for more sustainable production methods. The biosynthetic pathways of moth sex pheromones are currently well-described, with many of the genes responsible for their synthesis identified. Our group recently developed stable transgenic Nicotiana benthamiana plants, termed 'SexyPlant,' that produce and emit volatile, biologically active pheromones like Z11-16OH, Z11-16OAc, and Z11-16Ald. This was achieved by integrating biosynthetic pathways from multiple moth species into N. benthamiana, using genes from both moths and plants while leveraging the plant's endogenous fatty acid metabolism. However, this approach led to toxicity issues due to compound accumulation and disruptions in the plant's fatty acid metabolic pathway. In the first chapter, we address these toxicity issues in 'SexyPlant' by exploring alternative acetyltransferases to enhance the conversion efficiency of Z11-16OH to Z11-16OAc. We also investigate the activation of this biosynthetic pathway using CRISPR-based transcriptional regulators combined with synthetic promoters, creating stable transgenic lines ('GuidedPathway' and 'NonGuidedPathway'), with two different gene configurations that accumulate biomass and do not produce or emit moth sex pheromones until specifically activated by appropriate orthogonal genetic elements. Although the production yield is lower than in constitutive 'SexyPlant' plants, in this chapter, we demonstrate the potential for activating the biosynthetic pathway and explore the bottlenecks in the system. The second chapter focuses on the heterologous production of irregular monoterpenoids, a family of compounds that include sex pheromones of the Coccoidea superfamily (e.g., scale insects). Despite the biosynthetic pathway for these molecules being unknown, we expressed plant-derived genes with similar activities. We introduced genes encoding chrysanthemyl diphosphate synthase (CPPS) from Tanacetum cinerariifolium and lavandulyl diphosphate synthase (LPPS) from Lavandula x intermedia into tobacco and N. benthamiana to achieve transient and stable expression, resulting in transgenic lines. We characterized the production and emission of these volatile compounds in different tissues and leaf development stages, identifying juvenile leaves as the most productive. Additionally, we aimed to produce Coccoidea sex pheromones by co-expressing LiLPPS with LiAAT4, achieving production of lavandulyl acetate, a component of the mealybug Dysmicoccus grassii pheromone blend, the aggregation pheromone of Frankliniella occidentalis, and a known mosquito larvicide. These 'biodispensers' emitted up to 0.63 mg of lavandulyl acetate per day, suggesting that 200-500 plants per hectare would be needed to match the efficacy of commercial pheromone release devices. In summary, this thesis provides different strategies for addressing the production of insect sex pheromones and associated volatile compounds in plant biofactories, exploring the limitations of this biosynthesis. / [EN] Les plantes són plataformes versàtils per a la síntesi de compostos valuosos per a l'ésser humà a través de l'enginyeria metabòlica i la biologia sintètica. Estes "biofactories" poden produir substàncies d'alt valor per a fins industrials, mèdics i agrícoles, incloent feromones sexuals d'insectes, que ofereixen una alternativa sostenible als pesticides en la protecció de cultius. No obstant això, estes feromones es produïxen típicament mitjançant síntesi química, una estratègia no molt ecològica, la qual cosa subratlla la necessitat de mètodes de producció més sostenibles. Les rutes biosintètiques de les feromones sexuals de les arnes estan actualment ben descrites, i s'han identificat molts dels gens responsables de la seua síntesi. El nostre grup va desenvolupar recentment plantes transgèniques estables de Nicotiana benthamiana, denominades 'SexyPlant', que produïxen i emeten feromones volàtils biològicament actives com Z11-16OH, Z11-16OAc i Z11-16Ald. Açò es va aconseguir integrant rutes biosintètiques de diverses espècies d'arnes en N. benthamiana, utilitzant gens tant d'arnes com de plantes i aprofitant el metabolisme endogen d'àcids grassos de la planta. No obstant això, este enfocament va provocar problemes de toxicitat degut a l'acumulació de compostos i a les interrupcions en la ruta metabòlica d'àcids grassos de la planta. En el primer capítol, abordem estos problemes de toxicitat en 'SexyPlant' explorant acetiltransferases alternatives per a millorar l'eficiència de conversió de Z11-16OH a Z11-16OAc. També investiguem l'activació d'esta ruta biosintètica utilitzant reguladors transcripcionals basats en CRISPR combinats amb promotors sintètics, creant línies transgèniques estables ('GuidedPathway' i 'NonGuidedPathway') amb dos configuracions gèniques diferents que acumulen biomassa i no produïxen ni emeten feromones sexuals d'arna fins a ser específicament activades per elements genètics ortogonals apropiats. Encara que el rendiment de producció és menor que en les plantes 'SexyPlant' constitutives, en este capítol demostrem el potencial per a activar la ruta biosintètica i explorem els colls de botella en el sistema. El segon capítol se centra en la producció heteròloga de monoterpenoides irregulars, una família de compostos que inclou feromones sexuals de la superfamília Coccoidea (per exemple, els insectes escama). Malgrat que la ruta biosintètica d'estes molècules és desconeguda, expressem gens derivats de plantes amb activitats similars. Introduïm gens que codifiquen per a la sintasa de crisantenil difosfat (CPPS) de Tanacetum cinerariifolium i la sintasa de lavandulil difosfat (LPPS) de Lavandula x intermedia en tabac i N. benthamiana per a aconseguir una expressió transitòria i estable, resultant en línies transgèniques. Caracteritzem la producció i emissió d'estos compostos volàtils en diferents teixits i etapes de desenvolupament foliar, identificant les fulles juvenils com el teixit més productiu. A més, busquem produir feromones sexuals de Coccoidea coexpressant LiLPPS amb LiAAT4, aconseguint la producció d'acetat de lavandulil, un component de la mescla de feromones de la cotxinilla Dysmicoccus grassii, la feromona d'agregació de Frankliniella occidentalis, i un larvicida conegut per a mosquits. Estos 'biodispensadors' emeteren fins a 0,63 mg d'acetat de lavandulil per dia, suggerint que es necessitarien entre 200 i 500 plantes per hectàrea per a igualar l'eficàcia dels dispositius comercials de lliurament de feromones. En resum, esta tesi oferix diferents estratègies per a abordar la producció de feromones sexuals d'insectes i compostos volàtils associats en biofàbriques de plantes, explorant les limitacions d'esta biosíntesi. / Mateos Fernández, R. (2024). Bioproduction of Insect Sex Pheromones and Related Volatile Compounds in Plants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211184

[ES] Las plantas monocárpicas se definen como aquellas que florecen, producen semillas y mueren después de un solo ciclo reproductivo. Muchos cultivos de importancia agroeconómica siguen estrategia reproductiva. En estas plantas, después de producir un cierto número de semillas, el meristemo apical del tallo (SAM) cesa su actividad, siendo esta la antesala de su senescencia y muerte. Este fenómeno, estudiado en diferentes especies de plantas monocárpicas, se conoce como Parada Proliferativa (PA). Se encuentra influenciado por múltiples factores, que incluyen la influencia del desarrollo de frutos y semillas, así como las condiciones ambientales de luz, humedad, etc. Todos estos factores son finalmente integrados a nivel genético en la planta. En este contexto, en Aabidopsis thaliana se ha descrito una ruta dependiente de la edad encargada de la modulación del PA, la ruta FUL-AP2. Se ha demostrado que el miR172 y FRUITFUL (FUL) incrementan su expresión con la edad de la planta y regulan negativamente APETALA2 (AP2), que es responsable de mantener la actividad meristemática a través de la acción de WUSCHEL (WUS). En este sentido, se ha sugerido que otros miembros de la subfamilia euAP2, TOE1, TOE2, TOE3, SMZ y SNZ, conocidos colectivamente como AP2-like genes, también juegan un papel crucial en la modulación de la PA. No obstante, estos han sido definidos principalmente como reguladores de la transición floral, y su implicación en la modulación del PA no está bien establecida. Por otro lado, Pisum sativum ha sido, históricamente, una especie ampliamente estudiada a nivel fisiológico en lo que concierne a PA. Sin embargo, hoy aún existen numerosas cuestiones, ambigüedades y discrepancias acerca de la regulación del PA en esta especie. En esta tesis doctoral, pretendemos profundizar en la caracterización de diversos aspectos del PA tanto en Arabidopsis thaliana como en Pisum sativum, con intención de determinar el grado de conservación que existe en este proceso entre estas dos especies monocárpicas. En el Capítulo 1, hemos examinado el papel de todos los miembros de la subfamilia euAP2 en la modulación de la PA en Arabidopsis thaliana, así como su potencial para estrategias biotecnológicas dirigidas a la modulación de la PA. Nuestros resultados sugieren que, a excepción de SMZ, todos juegan un papel crítico en este proceso, siendo inductores de la actividad meristemática. Además, AP2 y SNZ han demostrado tener el potencial para ser usados en estrategias biotecnológicas dirigidas a aumentar la producción de frutos en plantas monocárpicas. En el capítulo 2 se han revisitado los estudios fisiológicos que históricamente han tenido como objetivo determinar el papel de los frutos en desarrollo en la inducción del PA en Pisum sativum. Nuestros resultados sugieren que el desarrollo de semillas determina el momento del PA: cuando se ha producido una determinada biomasa de semillas, la SAM entra en un estado latente. Además, a nivel transcriptómico, Arabidopsis thaliana y Pisum sativum exhiben un comportamiento similar en cuanto a la influencia de las semillas en la actividad meristemática y el PA. Finalmente, en el Capítulo 3, hemos generado herramientas para caracterizar los genes de la subfamilia euAP2 en la modulación de PA en Pisum sativum. Además, sentamos las bases para el estudio de nuevos moduladores de la ruta genética, como Flowering Locus T (FT), postulándolo así como posible florígeno y anti-florígeno de las plantas. / [CA] Les plantes monocàrpiques es definixen com aquelles que florixen, produïxen llavors i moren després d'un sol cicle reproductiu. Molts cultius d'importància agroeconómica seguixen estratègia reproductiva. En estes plantes, després de produir un cert nombre de llavors, el meristemo apical de la tija (SAM) cessa la seua activitat, sent esta l'avantsala de la seua senescència i mort. Este fenomen, estudiat en diferents espècies de plantes monocàrpiques, es coneix com a Parada Proliferativa (PA). Es troba influenciat per múltiples factors, que inclouen la influència del desenvolupament de fruits i llavors, així com les condicions ambientals de llum, humitat, etc. Tots estos factors són finalment integrats a nivell genètic en la planta. En este context, en Aabidopsis thaliana s'ha descrit una ruta dependent de l'edat encarregada de la modulació del PA, la ruta FUL-AP2. S'ha demostrat que el miR172 i FRUITFUL (FUL) incrementen la seua expressió amb l'edat de la planta i regulen negativament APETALA2 (AP2), que és responsable de mantindre l'activitat meristemàtica a través de l'acció de WUSCHEL (WUS). En este sentit, s'ha suggerit que altres membres de la subfamília euAP2, TOE1, TOE2, TOE3, SMZ i SNZ, coneguts col·lectivament com AP2-like gens, també juguen un paper crucial en la modulació de la PA. No obstant això, estos han sigut definits principalment com a reguladors de la transició floral, i la seua implicació en la modulació del PA no està ben establida. D'altra banda, Pisum sativum ha sigut, històricament, una espècie àmpliament estudiada a nivell fisiològic en el que concernix PA. No obstant això, hui encara existixen nombroses qüestions, ambigüitats i discrepàncies sobre la regulació del PA en esta espècie. En esta tesi doctoral, pretenem aprofundir en la caracterització de diversos aspectes del PA tant en Arabidopsis thaliana com en Pisum sativum, amb intenció de determinar el grau de conservació que existix en este procés entre estes dos espècies monocàrpiques. En el Capítol 1, hem examinat el paper de tots els membres de la subfamília euAP2 en la modulació de la PA en Arabidopsis thaliana, així com el seu potencial per a estratègies biotecnològiques dirigides a la modulació de la PA. Els nostres resultats suggerixen que, a excepció de SMZ, tots juguen un paper crític en este procés, sent inductors de l'activitat meristemàtica. A més, AP2 i SNZ han demostrat tindre el potencial per a ser usats en estratègies biotecnològiques dirigides a augmentar la producció de fruits en plantes monocàrpiques. En el capítol 2 s'han revisitat els estudis fisiològics que històricament han tingut com a objectiu determinar el paper dels fruits en desenvolupament en la inducció del PA en Pisum sativum. Els nostres resultats suggerixen que el desenvolupament de llavors determina el moment del PA: quan s'ha produït una determinada biomassa de llavors, la SAM entra en un estat latent. A més, a nivell transcriptómico, Arabidopsis thaliana i Pisum sativum exhibixen un comportament similar quant a la influència de les llavors en l'activitat meristemàtica i el PA. Finalment, en el Capítol 3, hem generat ferramentes per a caracteritzar els gens de la subfamília euAP2 en la modulació de PA en Pisum sativum. A més, establim les bases per a l'estudi de nous moduladors de la ruta genètica, com Flowering Locus T (FT), postulant-lo així com possible florígeno i anti-florígeno de les plantes. / [EN] Monocarpic plants are defined as those that bloom, produce seeds, and die after a single reproductive cycle. Many economically important crops belong to this reproductive strategy. In these plants, after producing a certain number of seeds, the shoot apical meristem (SAM) ceases its activity, heralding the onset of senescence and plant death. This phenomenon, studied in various monocarpic plant species, is known as Proliferative Arrest (PA), and is found to be influenced by multiple factors, involving the influence of developing fruits and seeds, as well as environmental conditions like temperature, light, and humidity. All these factors are ultimately integrated at the genetic level within the plant. In this context, an age-dependent pathway that controls SAM activity and modulates PA, known as the FUL-AP2 pathway, has been described in Arabidopsis thaliana. It has been demonstrated that the microRNA miR172 and FRUITFUL (FUL) increase with the plant's age and negatively regulate APETALA2 (AP2), which is responsible for maintaining meristematic activity through the action of WUSCHEL (WUS). In this sense, it has been suggested that other members of the euAP2 subfamily, TARGET OF EAT1 (TOE1), TOE2, TOE3, SCHLAFMÜTZE (SMZ), and SCHNARCHZAPFEN (SNZ), collectively known as AP2-like genes, also play a crucial role in modulating PA. However, they have mainly been defined as regulators of the floral transition, and their involvement in PA modulation is not well established. On the other hand, historically, Pisum sativum has been a species widely studied in relation to PA. However, this research often treated PA and senescence as the same process, and uncertainties and ambiguities persist, with discrepancies among different research groups that have treated this topic. In this doctoral thesis, we aimed to delve into the characterization of various aspects of PA in both Arabidopsis thaliana and Pisum sativum and determine the degree of conservation of this process in these two monocarpic species: In Chapter 1, we examined the role of all euAP2 subfamily members in modulating PA in Arabidopsis thaliana and explored their potential for biotechnological strategies aimed at PA modulation. Our findings suggest that, except for SMZ, all members of the euAP2 subfamily play a critical role in this process as inducers of meristematic activity. Furthermore, AP2 and SNZ have shown the potential to be considered prime candidates for use in biotechnological strategies to increase fruit production in monocarpic plants. Chapter 2 revisited the physiological studies that have historically aimed to determine the role of developing fruits in inducing PA in Pisum sativum. Our results suggest that developing seeds determine the timing of PA: when a certain seed biomass has been produced, the SAM enters a dormant state. Additionally, at the transcriptomic level, Arabidopsis thaliana and Pisum sativum exhibit similar behaviour regarding the influence of seeds on meristematic activity, suggesting that PA could be a conserved process among monocarpic plants. In Chapter 3, we generated tools for characterizing euAP2 subfamily genes in PA modulation in Pisum sativum. Furthermore, we laid the groundwork for the study of new modulators of the genetic pathway, such as Flowering Locus T (FT), suggesting its potential role of florigen and anti-florigen of the plant. / Burillo Richart, E. (2024). Characterization of Proliferative Arrest (PA) Process in Arabidopsis thaliana and Pisum sativum [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207109

[ES] La creciente concienciación sobre el impacto medioambiental de los polímeros ha impulsado la implementación de nuevas legislaciones que promueven la adopción de alternativas sostenibles en el campo de los bioplásticos. En este contexto, la búsqueda y desarrollo de materiales que reduzcan la dependencia de recursos renovables y promuevan la sostenibilidad se ha convertido en una prioridad fundamental. Este enfoque contribuye a la mitigación de los efectos negativos de los plásticos convencionales en el entorno, fomentando la adopción de soluciones más respetuosas con el medio ambiente, lo que constituye un tema central en esta tesis doctoral. En este contexto de búsqueda y desarrollo de alternativas sostenibles en la producción de polímeros, la nuez de Brasil (Bertholletia excelsa) emerge como un recurso de particular relevancia nunca antes explorado para este campo de investigación. Su potencial como fuente de materias primas para la elaboración de bioplásticos adquiere una significativa notoriedad debido a su composición química. La nuez de Brasil se caracteriza por su abundancia en aceites, proteínas y carbohidratos, destacándose especialmente por su contenido de aceites, que oscila entre el 60,8% y el 72,5%. Este alto porcentaje de aceites y ácidos grasos se constituye como el punto focal de interés en esta tesis, destinado a su aplicación en diversas esferas industriales. El aceite extraído de la nuez de Brasil presenta una combinación de ésteres de ácidos grasos saturados e insaturados unidos a moléculas de glicerol. La presencia de grupos funcionales, tales como hidroxilos, dobles enlaces y grupos carboxílicos en los ácidos oleico y linoleico (componentes principales del aceite), ofrecen múltiples posibilidades de transformación química para adaptarlo a una nueva gama de materiales biobasados. En esta tesis, se lleva a cabo por primera vez la utilización del aceite de la nuez de Brasil en el ámbito del desarrollo de bioplásticos y materiales sostenibles. En primer lugar, el empleo de este aceite como plastificante en el ácido poliláctico (PLA) es de particular interés. El PLA es un bioplástico ampliamente utilizado, pero que a menudo presenta desafíos en términos de flexibilidad y tenacidad. La adición del aceite de nuez de Brasil modificado químicamente como plastificante puede mejorar de manera significativa las propiedades mecánicas del PLA, otorgándole mayor flexibilidad y resistencia a la fractura. Esto es especialmente relevante en aplicaciones donde se requieren propiedades dúctiles, como envases flexibles y productos de un solo uso, contribuyendo a aumentar la demanda de plásticos biobasados y/o biodegradables. Por otro lado, también se explora la inclusión del aceite de nuez de Brasil en la producción de termoestables de alto rendimiento medioambiental. Al incorporar el aceite de nuez de Brasil como matriz de estos termoestables, se logra obtener productos con un alto contenido de origen renovable, reduciendo la dependencia de recursos no renovables, como los polímeros petroquímicos. En resumen, esta tesis doctoral ha explorado el potencial innovador de la nuez de Brasil en el campo de los biopolímeros. Al emplear su aceite como plastificante y en la producción de termoestables, se abren nuevas vías de investigación y desarrollo en la búsqueda de soluciones sostenibles y respetuosas con el medio ambiente en la industria de los materiales poliméricos. Estos avances demuestran el potencial de la nuez de Brasil como recurso valioso en la creación de materiales avanzados. / [CA] La creixent conscienciació sobre l'impacte mediambiental dels polímers ha impulsat la implementació de noves legislacions que promouen l'adopció d'alternatives sostenibles en el camp dels bioplàstics. En aquest context, la cerca i desenvolupament de materials que redueixin la dependència de recursos renovables i promoguin la sostenibilitat s'ha convertit en una prioritat fonamental. Aquest enfocament contribueix a la mitigació dels efectes negatius dels plàstics convencionals en l'entorn, fomentant l'adopció de solucions més respectuoses amb el medi ambient, la qual cosa constitueix un tema central en aquesta tesi doctoral. En aquest context de cerca i desenvolupament d'alternatives sostenibles en la producció de polímers, la nou del Brasil (Bertholletia excelsa) emergeix com un recurs de particular rellevància mai abans explorat per a aquest camp de recerca. El seu potencial com a font de matèries primeres per a l'elaboració de bioplàstics adquireix una significativa notorietat a causa de la seva composició química. La nou del Brasil es caracteritza per la seva abundància en olis, proteïnes i carbohidrats, destacant-se especialment pel seu contingut d'olis, que oscil·la entre el 60,8% i el 72,5%. Aquest alt percentatge d'olis i àcids grassos es constitueix com el punt focal d'interès en aquesta tesi, destinat a la seva aplicació en diverses esferes industrials. L'oli extret de la nou del Brasil presenta una combinació d'èsters d'àcids grassos saturats i insaturats units a molècules de glicerol. La presència de grups funcionals, com ara hidroxils, dobles enllaços i grups carboxílics en els àcids oleic i linoleic (components principals de l'oli), ofereixen múltiples possibilitats de transformació química per a adaptar-lo a una nova gamma de materials biobasats. En aquesta tesi, es duu a terme per primera vegada la utilització de l'oli de la nou del Brasil en l'àmbit del desenvolupament de bioplàstics i materials sostenibles. En primer lloc, l'ús d'aquest oli com a plastificant en l'àcid polilàctic (PLA) és de particular interès. El PLA és un bioplàstic àmpliament utilitzat, però que sovint presenta desafiaments en termes de flexibilitat i tenacitat. L'addició de l'oli de nou del Brasil modificat químicament com a plastificant pot millorar de manera significativa les propietats mecàniques del PLA, atorgant-li major flexibilitat i resistència a la fractura. Això és especialment rellevant en aplicacions on es requereixen propietats dúctils, com a envasos flexibles i productes d'un sol ús, contribuint a augmentar la demanda de plàstics biobasats i/o biodegradables. D'altra banda, també s'explora la inclusió de l'oli de nou del Brasil en la producció de termoestables d'alt rendiment mediambiental. En incorporar l'oli de nou del Brasil com a matriu d'aquests termoestables, s'aconsegueix obtenir productes amb un alt contingut d'origen renovable, reduint la dependència de recursos no renovables, com els polímers petroquímics. En resum, aquesta tesi doctoral ha explorat el potencial innovador de la nou del Brasil en el camp dels biopolímers. En emprar el seu oli com a plastificant i en la producció de termoestables, s'obren noves vies de recerca i desenvolupament en la cerca de solucions sostenibles i respectuoses amb el medi ambient en la indústria dels materials polimèrics. Aquests avanços demostren el potencial de la nou del Brasil com a recurs valuós en la creació de materials avançats. / [EN] Growing awareness of the environmental impact of polymers has prompted the implementation of new legislation promoting the adoption of sustainable alternatives in the field of bioplastics. In this context, the search for and development of materials that reduce dependence on renewable resources and promote sustainability has become a key priority. This approach contributes to the mitigation of the negative effects of conventional plastics on the environment, encouraging the adoption of more environmentally friendly solutions, which is a central theme in this PhD thesis. In this context of the search for and development of sustainable alternatives in polymer production, Brazil nut (Bertholletia excelsa) emerges as a particularly relevant resource never before explored for this field of research. Its potential as a source of raw materials for the production of bioplastics has gained significant notoriety due to its chemical composition. The Brazil nut is characterized by its abundance of oils, proteins and carbohydrates, and is particularly notable for its oil content, which ranges from 60.8% to 72.5%. This high percentage of oils and fatty acids is the focal point of interest in this thesis, aimed at its application in various industrial spheres. The oil extracted from Brazil nut presents a combination of saturated and unsaturated fatty acid esters bound to glycerol molecules. The presence of functional groups, such as hydroxyl, double bonds and carboxylic groups on oleic and linoleic acids (main components of the oil), offer multiple possibilities of chemical transformation to adapt it to a new range of bio-based materials. In this thesis, the use of Brazil nut oil in the field of bioplastics and sustainable materials development is carried out for the first time. Firstly, the use of this oil as a plasticizer in polylactic acid (PLA) is of particular interest. PLA is a widely used bioplastic, but often presents challenges in terms of flexibility and toughness. The addition of chemically modified Brazil nut oil as a plasticizer can significantly improve the mechanical properties of PLA, giving it increased flexibility and fracture toughness. This is especially relevant in applications where ductile properties are required, such as flexible packaging and single-use products, contributing to increase the demand for bio-based and/or biodegradable plastics. On the other hand, the inclusion of Brazil nut oil in the production of thermosets with high environmental performance is also being explored. By incorporating Brazil nut oil as a matrix of these thermosets, it is possible to obtain products with a high content of renewable origin, reducing dependence on non-renewable resources such as petrochemical polymers. In summary, this PhD thesis has explored the innovative potential of Brazil nut in the field of biopolymers. By using its oil as a plasticizer and in the production of thermosets, new avenues of research and development are opened in the search for sustainable and environmentally friendly solutions in the polymeric materials industry. These advances demonstrate the potential of Brazil nut as a valuable resource in the creation of advanced materials. / Pérez Nakai, A. (2024). Desarrollo de nuevos materiales poliméricos y compuestos ecoeficientes basados en principios activos provenientes de la nuez de Brasil [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207356

[ES] El objetivo principal de la presente tesis doctoral es el estudio y desarrollo de materiales basados en el ácido poliláctico (PLA) y policloruro de vinilo (PVC) con el fin de mejorar las propiedades y poder aplicarlos en el sector industrial. Este estudio se centra principalmente en la mejora de las propiedades térmicas, mecánicas, morfológicas y ópticas, entre otras, así como la modificación de la fragilidad y rigidez inherentes a los materiales poliméricos nombrados anteriormente mediante el empleo de aditivos como agentes plastificantes derivados del ácido cinámico.Los ésteres derivados del ácido cinámico, o cinamatos, resultan ser de gran importancia. Al igual que muchos ésteres, éstos son compuestos de volatilidad media que se emplean mucho en las fragancias y para aportar sabor en el sector alimentario. Se trata de compuestos orgánicos aromáticos con funcionalidades muy interesantes desde el punto de vista químico, ya que la presencia de grupos carboxílicos e insaturaciones permiten llevar a cabo reacciones de polimerización por condensación. Esta tesis doctoral aborda el desarrollo y evaluación del potencial de algunos compuestos de ésteres de ácido cinámico como agentes plastificantes de alto rendimiento medioambiental para mejorar las propiedades dúctiles de PLA. Los cinamatos empleados en el trabajo ofrecieron parámetros de solubilidad () similares al del PLA, resultando una opción técnicamente viable para la mejora de la tenacidad del PLA. El proceso de plastificación se llevó a cabo mediante extrusión y, posteriormente, los materiales se sometieron a un proceso de inyección, validando, de esta manera, la transferencia de los resultados a escala industrial. En particular, se evaluó la influencia de la estructura de diferentes ésteres del ácido cinámico, en una proporción fija del 20 % en peso. Los resultados, demostraron el excepcional efecto plastificante que pueden aportar los cinamatos, con una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, así como una disminución considerable de la temperatura de transición vítrea (Tg), propiedad importante en las características de los plastificantes. También se aborda el desarrollo de compuestos con matriz de PLA y refuerzos de residuos de Posidonia oceanica. Esta es una planta acuática presente de manera abundante en el mar Mediterráneo con una gran cantidad de beneficios en los ecosistemas. Dado que la incorporación de fibras de Posidonia oceanica repercute en un incremento de la fragilidad, se incorporaron ésteres del ácido cinámico con el fin de mejorar la tenacidad de los compuestos obtenidos. Se emplearon técnicas de extrusión reactiva (REX) para mejorar las interacciones entre el PLA, las fibras Posidonia oceanica y los plastificantes derivados del ácido cinámico. El proceso de extrusión reactiva se llevó a cabo en presencia de un iniciador de peróxido de dicumilo (DCP), y permite una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, estabilidad térmica, plastificación e interacción entre los componentes de los compuestos. Esta investigación también pretende explorar las posibilidades de los ésteres del ácido cinámico en la plastificación de uno de los polímeros que representa el mayor volumen industrial de consumo de plastificantes: el policloruro de vinilo (PVC). Con ello, se pretende validar la utilidad de una nueva familia de plastificantes de tipo cinamato, altamente respetuosos con el medio ambiente, como alternativas al empleo de ftalatos. La mejora en las propiedades mecánicas resultó ser de gran magnitud, en lo referente a las propiedades dúctiles. Además, los films obtenidos mostraron altos niveles de transparencia y mínima absorción de luz visible y ultravioleta. / [CA] L'objectiu principal de la present tesi doctoral és l'estudi i desenvolupament de materials basats en l'àcid polilàctic (PLA) i policlorur de vinil (PVC) amb la finalitat de millorar les propietats i poder aplicar-los en el sector industrial. Aquest estudi es centra principalment en la millora de les propietats tèrmiques, mecàniques, morfològiques i òptiques, entre d'altres, així com la modificació de la fragilitat i rigidesa inherents als materials polimèrics esmentats mitjançant l'ús d'additius com agents plastificants derivats de l'àcid cinàmic.Els èsters derivats de l'àcid cinàmic, o cinamats, resulten ser de gran importància. Igual que molts èsters, aquests són compostos de volatilitat mitjana que s'empren molt en les fragàncies i per a aportar sabor en el sector alimentació. Es tracta de compostos orgànics aromàtics amb funcionalitats molt interessants des del punt de vista químic, ja que la presència de grups carboxílics i insaturacions permeten dur a terme reaccions de polimerització per condensació. Esta tesi doctoral aborda el desenvolupament i avaluació del potencial d'alguns compostos d'èsters de l'àcid cinàmic com agents plastificants d'alt rendiment mediambiental per a millorar les propietats dúctils de PLA. Els cinamats empleats en el treball ofereixen paràmetres de solubilitat (¿) similars al del PLA, resultant una opció tècnicament viable per a la millora de la tenacitat del PLA. El procés de plastificació es va dur a terme mitjançant extrusió i, posteriorment, els materials es van sotmetre a un procés d'injecció, validant, d'aquesta manera, la transferència dels resultats a escala industrial. En particular, es va avaluar la influència de l'estructura de diferents èsters de l'àcid cinàmic, en una proporció fixa del 20 % en pes. Els resultats, demostren l'excepcional efecte plastificant que poden aportar els cinamats, amb una notable millora en les propietats mecàniques dúctils, així com una disminució considerable de la temperatura de transició vítria (Tg), propietat important en les característiques dels plastificants. També s'aborda el desenvolupament de compostos amb matriu de PLA i reforços de residus de Posidonia oceanica. Aquesta és una planta aquàtica present de manera abundant en la mar Mediterrània amb una gran quantitat de beneficis en els ecosistemes. Atés que la incorporació de fibres de Posidonia oceanica repercuteix en un increment de la fragilitat, es van incorporar èsters de l'àcid cinàmic amb la finalitat de millorar la tenacitat dels compostos obtinguts. Es van emprar tècniques d'extrusió reactiva (REX) per a millorar les interaccions entre el PLA, les fibres de Posidonia oceanica i els plastificants derivats de l'àcid cinàmic. El procés d'extrusió reactiva es va dur a terme en presència d'un iniciador de peròxid de dicumil (DCP), i permet una notable millora en les propietats mecàniques dúctils, estabilitat tèrmica, plastificació i interacció entre els components dels compostos. Esta investigació també s'enfonsa en les possibilitats del èsters de l'àcid cinàmic en la plastificació d'un dels polímers que representa el major volum industrial de consum de plastificants, el policlorur de vinil (PVC). Amb això, es pretén validar la utilitat d'una nova família de plastificants de tipus cinamat, altament respectuosos amb el medi ambient, com a alternatives a l'ús de ftalats. La millora en les propietats mecàniques va resultar ser de gran magnitud, referent a les propietats dúctils. A més, els films obtinguts van mostrar alts nivells de transparència i mínima absorció de llum visible i ultraviolada, fent-los candidats per a aplicacions que requerisquen claredat com el sector d'envasos. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study and development of materials based on polylactic acid (PLA) and polyvinyl chloride (PVC) to enhance their properties for application in the industrial sector. This study primarily focuses on improving thermal, mechanical, morphological, and optical properties, among others, as well as modifying the inherent fragility and rigidity of the aforementioned polymeric materials through the use of additives such as plasticizing agents derived from cinnamic acid. Cinnamic acid is an aromatic carboxylic acid containing a double bond and, therefore, has two geometric isomers. The trans form is the most abundant due to its adopted structure, offering interesting possibilities in the polymer industry. This compound and its derivatives are widely used in various sectors such as medical, cosmetic, food, environmental, and toiletries, among many others. Ester derivatives of cinnamic acid, or cinnamates, are particularly important. Like many esters, they are medium-volatility compounds widely used in fragrances and to impart flavor in the food industry. They are aromatic organic compounds with chemically interesting functionalities, as carboxylic groups and unsaturations enable condensation polymerization reactions. In this regard, they are of special interest in the synthesis and/or modification of polymeric materials. This doctoral thesis addresses the development and evaluation of the potential of some cinnamic acid ester compounds as environmentally friendly high-performance plasticizing agents to improve the ductile properties of PLA. The cinnamates used in the work offer solubility parameters (δ) similar to PLA, making them a technically viable option for improving PLA toughness. The plasticization process was carried out through extrusion, and subsequently, the materials underwent an injection process, thus validating the transferability of the results on an industrial scale. In particular, the influence of the structure of different cinnamic acid esters was evaluated at a fixed proportion of 20 % by weight. The results demonstrate the exceptional plasticizing effect that cinnamates can provide, with a significant improvement in ductile mechanical properties and a considerable decrease in the glass transition temperature (Tg), an important property in plasticizer characteristics. The development of composites with a PLA matrix and reinforcements of Posidonia oceanica residues is also addressed. This aquatic plant is abundant in the Mediterranean Sea and has numerous benefits for ecosystems. Since the incorporation of Posidonia oceanica fibers leads to increased fragility, cinnamic acid esters were added to improve the toughness of the obtained compounds. Reactive extrusion (REX) techniques were employed to enhance interactions between PLA, Posidonia oceanica fibers, and cinnamic acid-derived plasticizers. The reactive extrusion process was carried out in the presence of dicumyl peroxide (DCP) as an initiator, resulting in a significant improvement in ductile mechanical properties, thermal stability, plasticization, and interaction between the components of the compounds. This research paves the way for a variety of environmentally high-performance compounds with improved toughness through reactive extrusion processes. Theis research also aims to explore the possibilities of cinnamic acid esters in the plasticization of one of the polymers representing the largest industrial volume of plasticizer consumption, the polyvinyl chloride. The aim is to validate the utility of a new family of environmentally friendly cinnamate-type plasticizers as alternatives to phthalates. The improvement in mechanical properties, especially in ductile properties, was of significant magnitude. Additionally, the obtained films showed high levels of transparency and minimal absorption of visible and ultraviolet light. / Barandiaran Torres, A. (2024). Procesado y caracterización de plásticos industriales de polímeros con plastificantes derivados de ésteres del ácido cinámico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/208434

[ES] Resumen La selección genética en líneas paternales de conejos se ha buscado durante mucho tiempo para mejorar el rendimiento del crecimiento. Sin embargo, diversos estudios han demostrado que esta estrategia puede afectar negativamente a caracteristicas relacionadas con el fitness animal, como la reproducción y la salud. La hipótesis central de esta tesis fue que las nuevas líneas obtenidas mediante la selección de animales de élite y la introducción de genética robusta pueden sostener la producción salvaguardando la salud y las funciones reproductivas. Se realizaron tres experimentos consecutivos para probar nuestra hipótesis utilizando un total de 319 conejas y 387 conejos destetados. Los animales pertenecían a tres líneas genéticas diferentes: R, RF y RFLP. La línea R es una línea paternal seleccionada por su ganancia diaria promedio durante el período de crecimiento durante 37 generaciones. La línea RF se fundó seleccionando animales de élite de la línea R (ganancia media diaria > 60 g/d) criados selectivamente para crear la línea RF. Finalmente, se incorporó genética de una línea maternal (LP) longeva mediante retrocruzamiento para mejorar la robustez general y la resistencia a enfermedades de la línea RF, lo que dio como resultado la línea RFLP. Se recolectaron datos productivos, reproductivos e inmunológicos de las hembras desde la primera inseminación artificial hasta el tercer parto y de los gazapos desde el nacimiento hasta el sacrificio. Los resultados sugirieron que la refundación con animales de élite, como se ve en la línea RF, mejoró los rasgos reproductivos inicialmente (fertilidad, crecimiento y supervivencia de la camada durante el primer ciclo), pero condujo al desgaste corporal y redujo la fertilidad en ciclos posteriores. Sin embargo, la introducción de genética resiliente a través del retrocruzamiento, como se ve en la línea RFLP, mejoró la asignación de recursos, aseguró una mejor adaptación a los cambios fisiológicos y mejoró el éxito reproductivo (mayor fertilidad, producción de leche, rendimiento de la camada y supervivencia tanto de las hembras como de la camada). Los ensayos de crecimiento y digestibilidad que compararon las tres líneas genéticas durante el período de crecimiento mostraron que, si bien se observaron ligeros cambios en la utilización de nutrientes y el crecimiento, el rendimiento general permaneció similar entre las diferentes líneas. Los datos inmunológicos sugirieron que: i. la selección de animales de élite mejoró el estado inmunológico tanto de las hembras como de sus camadas al destete (mayores linfocitos totales y CD4+) y ii. la introducción adicional de genética robusta pareció influir en las estrategias de asignación de recursos, lo que resultó en distintas respuestas inmunes durante el parto y destete (mayor proporción de CD4+ a CD8+ en las conejas). Por otro lado, las correlaciones positivas observadas entre poblaciones de leucocitos específicas en conejas y las poblaciones correspondientes en sus crías podrían indicar posibles contribuciones maternas a la inmunidad innata y adaptativa de los gazapos. Además, la línea RFLP mostró consistentemente tasas de mortalidad y un índice de riesgo sanitario (SRI) más bajos, lo que enfatiza los beneficios potenciales de incorporar genética robusta para mejorar los rasgos de salud en los conejos en crecimiento. Los resultados obtenidos en la presente tesis sugieren que la estrategia de cruce entre una línea de rápido crecimiento y una línea robusta podría contribuir a refinar las líneas genéticas existentes sin sacrificar el potencial de crecimiento. / [CA] Resum La selecció genètica en línies paternes de conill s'ha perseguit durant molt de temps per millorar el rendiment del creixement. No obstant això, diversos estudis han demostrat que aquesta estratègia pot afectar negativament els trets relacionats amb el fitness animal, com ara la reproducció i la salut. La hipòtesi central d'aquesta tesi era que les noves línies obtingudes mitjançant la selecció d'animals d'elit i la introducció de genètica robusta podrien ser capaços de mantenir la producció alhora que salvaguarden la salut i les funcions reproductives. Es van realitzar tres experiments consecutius per provar la nostra hipòtesi amb un total de 319 femelles i 387 conills deslletats. Els animals pertanyien a tres línies genètiques diferents: R, RF i RFLP. La línia R és una línia paterna seleccionada per obtenir un guany mitjà diari durant el període de creixement durant 37 generacions. La línia RF es va fundar seleccionant animals d'elit de la línia R (guany mitjà diari > 60 g/d) criats selectivament per crear la línia RF. Finalment, es va incorporar la genètica d'una línia materna de llarga vida (LP) mitjançant el retrocreuament per millorar la robustesa general i la resistència a les malalties de la línia RF, donant lloc a la línia RFLP. Es van recollir dades productives, reproductives i immunològiques de les femelles des de la primera inseminació artificial fins al tercer part i dels llorigons des del naixement fins a la matança. Els resultats van suggerir que la refundació amb animals d'elit, tal com es veu a la línia RF, va millorar inicialment els trets reproductius (fertilitat i creixement de la brossa i supervivència durant el primer cicle), però va provocar un desgast corporal i va reduir la fertilitat en cicles posteriors. No obstant això, la introducció de genètica resilient mitjançant el retrocreuament, tal com es veu a la línia RFLP, va millorar l'assignació de recursos, assegurant una millor adaptació als canvis fisiològics i un èxit reproductiu millorat (més fertilitat, rendiment de llet, rendiment de la llorigada i supervivència tant femelles com de la llorigada). Els assaigs de creixement i digestibilitat que van comparar les tres línies genètiques durant el període de creixement van demostrar que, tot i que es van observar lleugers canvis en la utilització i el creixement dels nutrients, el rendiment general es va mantenir similar entre les diferents línies. Les dades immunològiques suggereixen que: i. la selecció d'animals d'elit va millorar l'estat immunològic tant de les femelles com de les seves camades al deslletament (limfòcits CD4+ i totals més alts) ii. la introducció addicional de genètica robusta semblava influir en les estratègies d'assignació de recursos, donant lloc a diferents respostes immunes durant el part i deslletament (índex CD4+ a CD8+ més elevat en les femelles). A més, les correlacions positives observades entre poblacions específiques de leucòcits en conills femelles i les poblacions corresponents de la seva descendència podrien indicar contribucions maternes potencials a la immunitat innata i adaptativa dels llorigons. A més, la línia RFLP va mostrar constantment taxes de mortalitat i índex de risc sanitari més baixes, posant èmfasi en els beneficis potencials d'incorporar una genètica robusta per millorar els trets de salut dels conills en creixement. Els resultats obtinguts en la present tesi suggereixen que la l'estratègia de retrocreuament entre una línia de ràpid creixement i una línia robusta podria contribuir a refinar les línies genètiques existents sense sacrificar el potencial de creixement. / [EN] Abstract Genetic selection in rabbit paternal lines has long been pursued to enhance growth performance. However, various studies have demonstrated that this strategy may adversely affect traits related to animal fitness, such as reproductive and health related traits. The central hypothesis of this thesis was that new lines obtained by the selection of elite animals and the introduction of robust genetics may be able to sustain production while safeguarding health and reproductive functions. Three consecutive experiments were conducted to test our hypothesis using a total of 319 female rabbits and 387 weaned rabbits. The animals belonged to three different genetic lines: R, RF, and RFLP. The R line is a paternal line selected for average daily gain during the growing period for 37 generations. The RF line was founded by selecting elite animals from the R line (average daily gain > 60g/d) selectively bred to create the RF line. Finally, genetics from a long-living maternal line (LP) was incorporated through backcrossing to enhance the RF line's general robustness and disease resistance, resulting in the RFLP line. Productive, reproductive and immunological data were collected from females from the first artificial insemination to the third parturition and from kits from birth to slaughter. Results suggested that re-founding with elite animals, as seen in the RF line, improved reproductive traits initially (fertility and litter growth and survival during the first cycle) but led to body wear-out and reduced fertility in subsequent cycles. However, introducing resilient genetics through backcrossing, as seen in the RFLP line, improved resource allocation, ensuring better adaptation to physiological changes and enhanced reproductive success (higher fertility, milk yield, litter survival and growth, as well as female lifespan). Growth and digestibility trials comparing the three genetic lines during the growing period showed that while slight changes were observed in nutrient utilisation and growth, overall performance remained similar among different lines. Immunological data suggested that: i. the selection of elite animals improved the immune status of both females and their litters at weaning (higher total and CD4+ lymphocytes) and ii. the additional introduction of robust genetics seemed to influence resource allocation strategies, resulting in distinct immune responses during parturition and weaning (higher CD4+ to CD8+ ratio in females). Furthermore, the positive correlations observed between specific leukocyte populations in female rabbits and corresponding populations in their offspring might indicate potential maternal contributions to the innate and adaptive immunity of the kits. Moreover, the RFLP line consistently exhibited lower mortality rates and sanitary risk index (SRI), emphasising the potential benefits of incorporating robust genetics for improved health traits in growing rabbits. Results obtained in the present thesis suggest that the crossbreed strategy between a fast growing and a robust line could contribute to refining existing genetic lines without sacrificing growth potential. / This research was funded by grants from the Universidad Cardenal Herrera-CEU (INDI 22/11), the Ministry of Science, Innovation and Universities of the Government of Spain (AGL2017-85162-C2-1-R; PID2020-117897RB-I00), and the General Direction of Science and Research of the Generalitat Valenciana (AICO/2012/256; Prometeo CIPROM-2021-053). The grants for Catarina Peixoto Gonçalves, Elena Moreno Grúa and Carmen Martínez Seijas are gratefully acknowledged (GRISOLIAP/2019/149; from the Spanish Ministry of Education, Culture and Sport FPU17/02708 and Universidad CEU Cardenal Herrera respectively). The authors would also like to thank Juan Carlos Moreno Pardo for his technical support throughout the trial. / Peixoto Gonçalves, CA. (2024). Optimising robustness in rabbit paternal lines considering resource allocation and immune status [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213208