The potential benefits of plant genetic engineering for disease and pest resistance have been widely acknowledged in many studies, and although genetically modified crops are still encountering public wariness, these benefits warrant continued exploration. Because of its intrinsic economic benefits, the development of true potato seed (TPS) cropping systems has been instituted in many regions of the world. The incorporation of transgenic resistance could further the economic gain of farmers who are seeking ways to sustain their livelihood in the most efficient way possible. It is, however, largely unresearched how sexual hybridization of a transgenic crop would affect the behavior of a transgene in the resultant progeny. In the initial part of this study, transgenic lines were developed with a Cry3Aa transgene. These plants were then used in 4x-4x reciprocal crosses and 4x-2x hybridization schemes to determine the stability of the transgene after sexual hybridization. There was no observed parent of origin effect on transgene expression; however, a highly significant, non-mendelian inheritance of the Cry3Aa transgene was seen in the maternally inherited transgene of one set of progeny from a reciprocal cross. Additional transgenic lines of potato were developed with a PVY-O coat protein transgene. These plants were challenged with PVY-O and monitored for symptoms visually and for virus serologically. One transgenic line exhibited complete resistance to PVY-O while two others showed a delay in symptom occurrence. Further examination of the expression levels of the PVY-O coat protein transgene will be necessary to determine the type and usefulness of the observed resistance. / Master of Science

El sabor y aroma del tomate son el resultado de las interacciones que se establecen, principalmente, entre sus azúcares, ácidos orgánicos, aminoácidos libres, minerales y compuestos volátiles, jugando estos últimos un papel muy relevante en la apreciación sensorial final. Una parte de estos compuestos se encuentran en forma libre, constituyendo la fracción volátil libre (FVL) pero otra parte se encuentra en forma glicosilada y los componentes que la forman no pueden ser percibidos por los receptores olfativos, constituyendo la denominada fracción glicosilada (FG) volátil. Los precursores glicosilados constituyen, por tanto, una fuente potencial para incrementar el aroma final si se consigue la hidrólisis de los enlaces glicosídicos y la consiguiente liberación de los aglicones. El objetivo de este estudio fue determinar la composición de la fracción volátil del tomate en cuanto a sus componentes libres y glicosilados para, seguidamente, evaluar la capacidad de determinadas actividades glicosídicas para liberar los aglicones. Se ha caracterizado el perfil aromático de cinco variedades de tomate. Los resultados han mostrado una gran influencia de la variedad sobre la composición tanto de la FVL como de la FG del tomate, estableciéndose el potencial de esta última para incrementar los compuestos volátiles libres. Se ha estudiado la influencia de la maduración en el perfil aromático del tomate, observándose que los componentes de la FVL y de la FG tienden, en general, a aumentar sus concentraciones a medida que avanza la maduración del fruto, aunque con relevantes excepciones. Este estudio avala la posibilidad, propuesta por otros autores, de utilizar el perfil aromático del tomate como una herramienta para la identificación de las variedades. Se han producido extractos enriquecidos en distintos enzimas glicosídicos de origen fúngico. La incubación de zumo de tomate en presencia de estos enzimas ha demostrado su capacidad para liberar varios de los aglicones particula / Ortiz Serrano, J. (2008). Influencia de la adición de glicosidasas sobre el potencial aromático del tomate (Solanum lycopersicum L.) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3447

En el Banco de Germoplasma del Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana de la Universidad Politécnica de Valencia (COMAV) se mantienen actualmente más de 7000 entradas de especies hortícolas, incluyendo cultivares locales españoles y especies silvestres. Entre estas entradas se incluyen 3500 de la sección Lycopersicon y 144 de la sección Basarthrum del género Solanum. Para que el empleo de estos recursos fitogenéticos sea eficiente es necesario conocer su estructura genética y su taxonomía. El conocimiento de la distribución de la variabilidad existente permite establecer criterios de conservación más racionales y un uso más eficiente de estos recursos para la mejora de las especies cultivadas. Los objetivos de la presente tesis doctoral se centran en el estudio de las secciones del género Solanum mencionadas previamente. Ambas secciones incluyen especies cultivadas: tomate y pepino dulce. La clasificación y filogenia de las especies pertenecientes a cada una de estas secciones ha sido objeto de controversia durante mucho tiempo y, a pesar del esfuerzo realizado hasta el momento, todavía no se ha alcanzado un consenso definitivo. Esto puede ser debido a una separación reciente de estas especies, que permanecen estrechamente relacionadas y con capacidad de cruzamiento, o a la falta de trabajos en los que se incluya una representación adecuada de toda la variabilidad presente en estas secciones. Para analizar la taxonomía de la sección Lycopersicon se ha empleado una amplia representación de materiales de cada una de las especies abarcando todo su rango de distribución. Los análisis realizados identifican 12 especies distintas. Esta clasificación confirma algunas de las nuevas especies propuestas en la sección recientemente, pero no en todos los casos. La nueva especie S. huaylasense aparece claramente separada de S. peruvianum. / Zuriaga García, E. (2009). Análisis de la variabilidad en poblaciones naturales de Solanum, secciones Lycopersicon y Basarthrum [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6362

Antón Martínez, MT. (2012). La caracterización del mutante insercional Arlequín revela que el gen etiquetado tiene un papel clave en el desarrollo reproductivo de tomate [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16979

[EN] Tomato yellow leaf curl disease (TYLCD) causes great damage in tomato (Solanum lycopersicum L.) crops in south-eastern Spain and in many tropical and subtropical areas in the world. The disease is caused by a complex of viruses, all belonging to the genus Begomovirus, family Geminiviridae. Nine species have been reported causing TYLCD and six more have been proposed as tentative species. Four viral species associated with TYLCD are present in Spain. Preventive measures to fight the disease, as well as measures based on controlling the insect vector (Bemisia tabaci Gen.) are not effective, so the development of resistant varieties seems the best long term strategy. Given that resistance has not been reported in the cultivated species, screening for resistance has been focused on wild tomato relatives. Resistance has been found in different wild species and some resistant breeding lines and commercial varieties have been developed. Ty-1, derived from S. chilense LA1969, is the most frequently used gene. Advances in genetic engineering techniques have also been exploited in developing plant material with pathogen derived resistance. However, resistant varieties currently available are not a solution, as with high inoculum pressure conditions and early infections, plants still develop symptoms and yield losses are caused. For that reason, many research groups continue working worldwide to obtain plants with high levels of resistance to TYLCD. Current breeding objectives are the development of broad spectrum resistance to several begomovirus, the accumulation of resistance genes from different sources to increase the levels of resistance and the identification of molecular markers tightly linked to resistance genes, which allows shortening breeding programmes and accumulating different resistance genes in the same plant material. This work has been developed in the research group ‘Breeding for resistance to Tomato yellow leaf curl disease’ of the Institute for Conservation and Improvement of Agrodiversity (COMAV). When this project was initiated, several resistant plant materials had been developed from previous works of the group. Twelve breeding lines derived from S. chilense LA1932 and LA1938 were available. These lines were resistant to Tomato yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV), the first viral species described in Spain causing TYLCD. It was of interest the evaluation of resistance in these lines to Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), introduced later in Spain and spread worldwide. Six breeding lines showed high levels of partial resistance to TYLCSV and TYLCV. The resistance consisted on attenuation and delay in symptom development, as well as reduction in viral accumulation. Significant yield losses due to viral infection were not observed in these lines. These lines also show good horticultural traits which make them appropriate to be base material for developing commercial hybrids resistant to both, TYLCSV and TYLCV. High levels of resistance have also been identified in S. pimpinellifolium UPV16991. The resistance has already been fixed in the genetic background of S. lycopersicum. It was convenient to determine the genetic control of the resistance and the expression in tomato background, before using it in breeding programmes. For these purposes L102 was selected. L102 belongs to the F6 generation, after the initial cross S. lycopersicum NE-1 x S. pimpinellifolium UPV16991. Resistance to TYLCV in L102 is controlled by one gene, with partial recessiveness and incomplete penetrance. Moreover, the expression of resistance strongly depends on S. lycopersicum background in which it is introgressed. The highest levels of resistance are obtained when crossing L102 with vigorous lines. So, we recommend to use UPV16991-derived resistance in the development of vigorous hybrids in homozygosis or combined with resistance from other sources. To exploit resistance derived from UPV16991, L102 and some other lines with the same origin were crossed with a breeding line homozygous for Ty-1. Resistance was then evaluated in several plant material heterozygous for both, Ty-1 and the resistance gene from UPV16991. These plant materials showed higher levels of resistance than heterozygotes for each of the genes. Resistance in one of the hybrids was even higher than in homozygotes for each of the genes. These results show that combining resistance from UPV16991 with Ty-1 is the most practical approach to exploiting this resistance, since it allows the development of hybrids without the need of fixing the resistance gene in both parents. Finally, availability of molecular markers tightly linked to the resistance genes is essential to accumulate resistance from different sources. Some molecular markers tightly linked to Ty-1 have been reported. However, in all cases, S. peruvianum-derived Mi gene interferes with these markers, causing false positive results. In this work, a molecular marker, JB-1, tightly linked to Ty-1 has been identified. This is a CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic DNA) marker. The presence of Mi, as well as introgressions from other wild tomato relatives such as S. lycopersicum (formerly Lycopersicon esculentum var. cerasiforme), S. habrochaites and S. pimpinellifolium do not interfere with the results for this marker. In addition, the analysis of several plant material with introgressions from different wild tomato relatives has allowed the location of CT21, the RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) marker from which JB-1 was designed. / [ES] La enfermedad del rizado amarillo del tomate (Tomato yellow leaf curl disease, TYLCD) causa graves daños en los cultivos de tomate (Solanum lycopersicum L.) del sudeste español y de la mayor parte de las zonas tropicales y subtropicales de todo el mundo. La enfermedad está causada por un complejo de virus pertenecientes al género Begomovirus, familia Geminiviridae. Se han descrito nueve especies causantes de TYLCD y otras seis han sido propuestas. En España están presentes cuatro de las especies virales asociadas a TYLCD. Las medidas preventivas de lucha contra la enfermedad, así como las basadas en el control del insecto vector transmisor (Bemisia tabaci Gen.) no resultan efectivas por si mismas, de forma que el desarrollo de materiales resistentes supone la mejor estrategia de lucha a largo plazo. Dado que en la especie cultivada no se han descrito entradas resistentes, la búsqueda de fuentes de resistencia se ha centrado en las especies silvestres del género relacionadas con el tomate. Se ha encontrado resistencia en distintas entradas de algunas de estas especies y se han desarrollado líneas de mejora y materiales comerciales con resistencia procedente de algunas de ellas. El gen Ty-1, derivado de la entrada LA1969 de S. chilense, ha sido el más empleado para la obtención de líneas e híbridos comerciales resistentes. Por otra parte, haciendo uso de los avances en las técnicas de ingeniería genética, también se han desarrollado materiales con resistencia derivada del patógeno. Sin embargo, los materiales resistentes disponibles hasta el momento no suponen una solución definitiva al problema, ya que, con presiones fuertes de inóculo o infecciones tempranas, las plantas desarrollan síntomas de la enfermedad, produciéndose pérdidas de producción. Por este motivo, numerosos grupos de investigación continúan trabajando a nivel mundial con la finalidad de obtener materiales con niveles elevados de resistencia a TYLCD. Entre los objetivos actuales de mejora se incluyen el desarrollo de resistencia de amplio espectro a varios begomovirus, la combinación de genes de distinta procedencia para conseguir mayores niveles de resistencia y la identificación de marcadores moleculares ligados a los genes de resistencia que permitan acortar los programas de mejora y acumular en un mismo material genes de resistencia de distintas fuentes. El grupo de “Mejora para la resistencia a la enfermedad del rizado amarillo del tomate”, del Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana (COMAV), en el que se ha realizado la presente tesis doctoral, disponía al inicio de la misma de distintos materiales con resistencia a TYLCD, desarrollados en trabajos previos. Entre estos materiales se encontraban 12 líneas de mejora derivadas de la entradas LA1932 y LA1938 de S. chilense, seleccionadas por su resistencia a la especie Tomato yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV), la primera especie viral causante de TYLCD detectada en España. Resultaba de interés evaluar la respuesta de estos materiales a la especie Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), introducida posteriormente en España y más extendida a nivel mundial. Seis de las líneas evaluadas han mostrado niveles elevados de resistencia parcial a TYLCSV y TYLCV, consistente en la atenuación en la manifestación de síntomas y retraso en el momento de aparición de los mismos, además de en la reducción de la acumulación viral. Además, no se han observado en estas líneas pérdidas significativas en el rendimiento como consecuencia de la infección por TYLCV. Las características agronómicas las hacen apropiadas como parentales para el desarrollo de híbridos con elevada resistencia a TYLCSV y TYLCV. Por otra parte, se habían identificado niveles elevados de resistencia en la entrada UPV16991 de S. pimpinellifolium. Una vez fijada la resistencia en el fondo genético de S. lycopersicum, y como paso previo al empleo en programas de mejora, era conveniente determinar el control genético de la misma, así como conocer su expresión en el fondo genético de la especie cultivada. Para ello se ha empleado la línea L102, que corresponde a la quinta generación de autofecundación a partir del cruce inicial S. lycopersicum NE-1 x S. pimpinellifolium UPV16991. Se ha comprobado que la resistencia parcial a TYLCV de la línea L102 está controlada por un gen con recesividad parcial y penetración incompleta. Además, la expresión de la misma depende considerablemente del fondo genético de S. lycopersicum en el que se introgresa, obteniéndose los mayores niveles de resistencia en cruces con líneas vigorosas. Por todo esto, se recomienda el uso de esta resistencia bien en homocigosis en el desarrollo de híbridos vigorosos, bien en combinación con resistencia procedente de otras fuentes. En este sentido, se decidió evaluar la resistencia en materiales que combinaban el gen Ty-1 y el gen derivado de UPV16991, ambos en heterocigosis. El nivel de resistencia en estos materiales ha sido superior al mostrado por los heterocigotos para cada uno de los genes, e incluso en algún caso se ha superado la resistencia de los homocigotos para cada uno de los genes. Esto indica que la combinación de la resistencia derivada de UPV16991 con el gen Ty-1 es la aproximación más práctica para la utilización de esta resistencia, ya que evita la necesidad de fijar el gen de resistencia en ambos parentales. Por último, para la acumulación de resistencia de distinta procedencia en un mismo material, resulta imprescindible disponer de marcadores moleculares ligados a los genes de resistencia. Se han descrito algunos marcadores ligados al gen Ty-1, sin embargo, la presencia del gen Mi, derivado de S. peruvianum, interfiere con los resultados para estos marcadores, obteniéndose falsos positivos. En este trabajo se ha identificado un marcador molecular, JB-1, tipo CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic DNA) ligado al gen de resistencia Ty-1. La presencia del gen Mi, así como introgresiones de otras especies como S. lycopersicum (antes Lycopersicon esculentum var. cerasiforme), S. habrochaites y S. pimpinellifolium, no interfieren con los resultados para este marcador. Además, el análisis de materiales con introgresiones de distintas especies silvestres relacionadas con el tomate para varios marcadores de la región del Ty-1 ha permitido localizar el marcador CT21, el RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) a partir del cual se desarrolló JB-1. / [CA] La malaltia de l’arrissat groc de la tomaca (Tomato yellow leaf curl disease, TYLCD) causa greus danys als cultius de tomaca (Solanum lycopersicum L.) del sud-est espanyol i de la major part de les zones tropicals i subtropicals de tot el món. La malaltia està causada per un complex de virus pertanyents al gènere Begomovirus, família Geminiviridae. S’han descrit nou espècies causants de TYLCD i altres sis han sigut proposades. A Espanya estan presents quatre de les espècies virals associades a TYLCD. Les mesures preventives de lluita contra la malaltia, així com les basades en el control de l’insecte vector transmissor (Bemisia tabaci Gen.) no resulten efectives per si mateixes, de manera que el desenvolupament de materials resistents suposa la millor estratègia de lluita a llarg termini. Atés que en l’espècie cultivada no s’han descrit entrades resistents, la recerca de fonts de resistència s’ha centrat en les espècies silvestres del gènere relacionades amb la tomaca. S’ha trobat resistència en distintes entrades d’algunes d’estes espècies i s’han desenvolupat línies de millora i materials comercials amb resistència procedent d’algunes d’elles. El gen Ty-1, derivat de l’entrada LA1969 de S. chilense, ha sigut el més utilitzat per a l’obtenció de línies i híbrids comercials resistents. D’altra banda, fent ús dels avanços en les tècniques d’enginyeria genètica, també s’han desenvolupat materials amb resistència derivada del patogen. No obstant, els materials resistents disponibles fins al moment no suposen una solució definitiva al problema, ja que, amb pressions fortes d’inòcul o infeccions primerenques, les plantes desenvolupen símptomes de la malaltia, produint-se pèrdues de producció. Per este motiu, nombrosos grups d’investigació continuen treballant a nivell mundial amb la finalitat d’obtindre materials amb nivells elevats de resistència a TYLCD. Entre els objectius actuals de millora s’inclouen el desenvolupament de resistència d’ampli espectre a diversos begomovirus, la combinació de gens de distinta procedència per a aconseguir majors nivells de resistència i la identificació de marcadors moleculars lligats als gens de resistència que permeten acurtar els programes de millora i acumular en un mateix material gens de resistència de distintes fonts. El grup de “Millora per a la resistència a la malaltia de l’arrissat groc de la tomaca”, de l’Institut de Conservació i Millora de l’Agrodiversitat Valenciana (COMAV), en el que s’ha realitzat la present tesi doctoral, disposava a l’inici de la mateixa, de distints materials amb resistència a TYLCD, desenvolupats en treballs previs. Entre estos materials es trobaven 12 línies de millora derivades de l’entrades LA1932 i LA1938 de S. chilense, seleccionades per la seua resistència a l’espècie Tomato yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV), la primera espècie viral causant de TYLCD detectada a Espanya. Resultava d’interés avaluar la resposta d’estos materials a l’espècie Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), introduïda posteriorment a Espanya i més estesa a nivell mundial. Sis de les línies avaluades han mostrat nivells elevats de resistència parcial a TYLCSV i TYLCV, consistent en l’atenuació en la manifestació de símptomes, retard en el moment d’aparició dels mateixos i reducció de l’acumulació viral. A més, no s’han observat en estes línies pèrdues significatives en el rendiment com a conseqüència de la infecció per TYLCV. Les característiques agronòmiques les fan apropiades com a parentals pel desenvolupament d’híbrids amb elevada resistència a TYLCSV i TYLCV. D’altra banda, s’havien identificat nivells elevats de resistència en l’entrada UPV16991 de S. pimpinellifolium. Una vegada fixada la resistència en el fons genètic de S. lycopersicum, i com a pas previ a l’ús en programes de millora, era convenient determinar el control genètic de la mateixa, així com conéixer la seua expressió en el fons genètic de l’espècie cultivada. Per a això s’ha emprat la línia L102, que correspon a la quinta generació d’autofecundació a partir del creuament inicial S. lycopersicum NE-1 x S. pimpinellifolium UPV16991. S’ha comprovat que la resistència parcial a TYLCV de la línia L102 està controlada per un gen amb recessivitat parcial i penetració incompleta. A més, l’expressió de la mateixa depén considerablement del fons genètic de S. lycopersicum en el que s’introgresa, obtenint-se els majors nivells de resistència en creuaments amb línies vigoroses. Per tot açò, es recomana l’ús d’esta resistència bé en homozigosis en el desenvolupament d’híbrids vigorosos, bé en combinació amb resistència procedent d’altres fonts. En este sentit, es va decidir avaluar la resistència en materials que combinaven el gen Ty-1 i el gen derivat d’UPV16991, ambdós en heterozigosis. El nivell de resistència en estos materials ha sigut superior al mostrat pels heterozigots per a cada un dels gens, i fins i tot en algun cas s’ha superat la resistència dels homozigots per a cada un dels gens. Açò indica que la combinació de la resistència derivada d’UPV16991 amb el gen Ty-1 és l’aproximació més pràctica per a la utilització d’esta resistència, ja que evita la necessitat de fixar el gen de resistència en ambdós parentals. Finalment, per a l’acumulació de resistència de distinta procedència en un mateix material, resulta imprescindible disposar de marcadors moleculars lligats als gens de resistència. S’han descrit alguns marcadors lligats al gen Ty-1, no obstant, la presència del gen Mi, derivat de S. peruvianum, interferix amb els resultats per a estos marcadors, obtenint-se falsos positius. En este treball s’ha identificat un marcador molecular, JB-1, tipus CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic DNA) lligat al gen de resistència Ty-1. La presència del gen Mi, així com introgresions d’altres espècies com S. lycopersicum (abans Lycopersicon esculentum var. cerasiforme), S. habrochaites i S. pimpinellifolium, no interferixen amb els resultats per a este marcador. A més, l’anàlisi de materials amb introgresions de distintes espècies silvestres relacionades amb la tomaca per a diversos marcadors de la regió del Ty-1 ha permés localitzar el marcador CT21, el RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) a partir del qual es va desenvolupar JB-1. / This research was supported by the “Ministerio de Ciencia y Educación”, project number AGL2001-1857-C04-03. / Pérez De Castro, AM. (2007). Mejora genética para la resistencia a los geminivirus tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) y tomato yellow leaf curl sardinia virus (TYLCSV) en tomate [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135825

[EN] The knowledge of the key genes which crucially affect the development and stress tolerance of plants is a very important task and indispensable for both, the basic and the applied research. The screening of populations of mutagenized plants permits the identification of mutants and, starting with their analysis, the identification of the genes responsible for a certain trait. Compared to alternative methods (e.g. chemical or physical mutagens) the insertional mutagenesis using T-DNA offers the additional advantage of labeling the altered gene with a piece of known sequence that will facilitate its identification and cloning. On the other hand, the tomato is one of the world¿s economically most important vegetables which over the last few years also gained the status of a model organism for certain traits. In order to identify the relevant genes involved in the response of plants to abiotic stresses and processes related to the vegetative and reproductive development, our laboratory performs in collaboration with Dr. Lozano¿s (University of Almería) and Dr- Bolarín¿s (CEBAS-Murcia) groups a project of insertional mutagenesis in tomato and related wild species, among them Solanum pennellii. The present PhD-thesis is embedded in this context and aims to create a collection of transgenic plants of S. pennellii, design new methods helpful for evaluating the tolerance to salt stress, the identification of traits related to water or salt stress and screen several lines of S. lycopersicum which were pre-selected for showing different aberrations that could be related to the tolerance to abiotic stresses. By tackling these tasks it was possible to obtain the following results. After obtaining more than two thousand diploid transgenic lines of S. pennellii, 887 of them were screened with the different systems developed for detecting mutant plants. Two of the methods designed were based on in vitro culture and one for the short-term evaluation in vivo. With the latter one a total of 68 tomato lines were screened and among them a mutant with alterations in its development which could be interesting for its relation to abiotic stress tolerance identified. In the collection of S. pennellii several plants showing phenotypes with different alterations were detected. Three of them received an advanced examination and it was possible to identify and clone the affected gene in one case. The detected mutants as much as the developed technologies are of great value for deepening the understanding of the processes related to abiotic stress tolerance in a crop with the outstanding importance of the tomato. / [ES] El conocimiento de los genes clave que afectan al desarrollo de las plantas y su tolerancia a estreses abióticos es un aspecto muy importante, tanto desde un punto de vista básico como aplicado. El escrutinio de poblaciones de plantas mutagenizadas permite la identificación de mutantes y, a partir de ellos, conocer los genes responsables de un carácter concreto. Cuando se compara con otras alternativas metodológicas (mutágenos químicos o físicos) la mutagénesis insercional con T-DNA aporta una ventaja adicional, ya que si el gen queda etiquetado por un fragmento de ADN de secuencia conocida su identificación y clonación es más sencilla. Por otro lado, el tomate es una de las especies con mayor importancia económica a nivel mundial que, en los últimos tiempos, se ha considerado también como especie modelo para el estudio de determinados caracteres. Para lograr la identificación de genes clave en la respuesta de las plantas a los estreses de tipo abiótico y en procesos del desarrollo tanto vegetativo como reproductivo, en nuestro laboratorio se está abordando, en colaboración con los grupos del Dr. Lozano (Universidad de Almería) y de la Dra. Bolarín (CEBAS - Murcia), un proyecto de mutagénesis insercional con tomate y especies silvestres relacionadas, entre ellas Solanum pennellii. La tesis doctoral presente se enmarca en este contexto y tiene como objetivos la creación de una colección de plantas transgénicas de S. pennellii, el diseño de nuevos métodos aptos para evaluar la tolerancia al estrés salino, la identificación de caracteres relacionados con el estrés hídrico o salino y el escrutinio de algunas líneas de S. lycopersicum pre-seleccionadas por mostrar diferentes alteraciones que puedan estar relacionadas con la tolerancia a estreses de tipo abiótico. Tras abordar estos objetivos se han obtenido los siguientes resultados. Tras obtener más de dos mil líneas transgénicas diploides de Solanum pennellii se han evaluado 887 líneas con los diferentes sistemas de identificación de mutantes diseñados. Dos de los métodos de evaluación diseñados se basaron en el cultivo in vitro y uno en un sistema de cultivo in vivo a corto plazo. Además, con esta última metodología se evaluaron 68 líneas de tomate entre las que se identificó un mutante de desarrollo de elevado interés por su relación con la tolerancia a estreses abióticos. Entre las líneas de Solanum pennellii analizadas se han identificado fenotipos con distintas alteraciones. En tres de estas líneas se llevó a cabo una evaluación más avanzada llegando a identificar y clonar el gen afectado en una de ellas. Tanto los mutantes identificados como las metodologías desarrolladas son de gran valor para seguir profundizando en los procesos relacionados con la tolerancia a estreses abióticos en una especie tan importante como el tomate. / [CA] El coneixement dels gens clau que afecten al desenvolupament de les plantes i la seua tolerància a estressos abiòtics és un aspecte molt important, des d'un punt de vista bàsic com a aplicat. L'escrutini de poblacions mutagenitzades de plantes permet la identificació de mutants i a partir d'ells conèixer els gens d'un caràcter concret. Quan es compara amb altres alternatives metodològiques (mutàgens físics o químics) la mutagènesi amb T-DNA aporta un avantatge addicional, ja que al tindre el gen un fragment etiquetat pel T-DNA de seqüència coneguda la seua identificació i clonació és més senzilla. D'altra banda, la tomaca és una de las espècies de major importància econòmica a nivell mundial que, en els últims temps, s'ha considerat també una espècie model per a l'estudi de determinats caràcters. Per a aconseguir la identificació de gens clau en la resposta de les plantes a estressos abiòtics i processos de desenvolupament tant vegetatiu com reproductiu, en el nostre laboratori s'està abordant amb col·laboració amb els grups del Dr. Lozano (Universitat d'Almeria) i la Dra. Bolarín (CEBAS-Murcia), un projecte de mutagènesi insercional amb tomaca i espècies silvestres relacionades, entre elles Solanum pennellii. La tesi doctoral s'emmarca en aquest context i té com a objectius la creació d'una col·lecció de plantes transgèniques de Solanum pennellii, el disseny de nous mètodes aptes per a avaluar la tolerància a l'estrès salí, la identificació de caràcters relacionats amb l'estrès hídric i salí, l'escrutini d'algunes línies de S. lycopersicum pre-seleccionades per mostrar diferents alteracions que puguen estar relacionades amb la tolerància a estressos de tipus abiòtic. En abordar estos objectius s'han obtingut els següents resultats. Després d'obtindre més de dos mil línies transgèniques diploides de Solanum pennellii s'han avaluat 821 línies amb els diferents sistemes d'identificació de mutants dissenyats. Dos dels mètodes d'avaluació dissenyats es basaren en el cultiu in vitro i un en un sistema de cultiu in vivo a curt termini. A més, amb aquesta última metodologia s'avaluaren 68 línies de tomaca entre les quals s'identificà un mutant de desenvolupament d'elevat interès per la seua relació amb la tolerància a estressos abiòtics. Entre les línies de Solanum pennellii analitzades s'han identificat fenotipus amb diferents alteracions. En tres d'estes línies es va dura a terme una avaluació més avançada arribant a identificar el gen afectat en una de les línies. Tant els mutants identificats com les metodologies desenvolupades són de gran valor per a seguir aprofundint en els processos relacionats amb la tolerància a estressos abiòtics en una espècie tan important como la tomaca. / Schleicher, P. (2017). Mutagenesis insercional en tomate y Solanum pennellii: Identificación de mutantes en inserción alterados en el desarrollo y la tolerancia a la salinidad [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/81860

Tesis por compendio / La entrada PI 126944 de S. peruvianum ha sido descrita como resistente a distintos estreses bióticos, entre ellos a la enfermedad del rizado amarillo del tomate (Tomato yellow leaf curl disease, TYLCD). En trabajos previos realizados en el Instituto Universitario para la Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana (COMAV) se obtuvieron tres híbridos interespecíficos entre esta entrada y el tomate cultivado, empleando el rescate de semillas inmaduras. En trabajos posteriores se desarrollaron generaciones más avanzadas a partir de estos materiales, incluyendo hasta las generaciones pseudo-F6 y retrocruces hacia la especie cultivada de algunas de las generaciones pseudo-Fn. Con objeto de aprovechar estos materiales en la mejora del tomate cultivado se inició, en trabajos anteriores del grupo, el desarrollo de un conjunto de líneas de introgresión (Introgression lines, ILs) que contengan el genoma de la entrada PI 126944 en el fondo genético de S. lycopersicum. Para tener correctamente representado el genoma de la especie donante en el fondo genético del tomate es necesario obtener un gran número de descendientes, por lo que es necesario optimizar los protocolos. El primer objetivo de esta tesis fue el estudio de distintos factores implicados en la superación de las barreras de incompatibilidad, con objeto de conseguir un elevado número de descendientes y maximizar la probabilidad de introgresar el genoma de PI 126944 en el conjunto de ILs. Se llevaron a cabo tres ensayos de retrocruce, iniciados con diferentes plantas de las generaciones pseudo-F4, pseudo-F5 y pseudo-F6. El genotipo de los parentales resultó ser un factor determinante en la obtención de descendencia, por lo que se recomienda utilizar el máximo número de genotipos distintos, con objeto de maximizar la probabilidad de obtener progenie. Se llevó a cabo una prueba de medios de cultivo que permitió seleccionar la combinación más adecuada de auxinas y citoquininas para el cultivo de semillas inmaduras y posterior regeneración de plantas. También se estudió el efecto del número de días transcurridos desde la polinización hasta la recolección de los frutos. Tal y como se ha comentado anteriormente, esta colección del ILs presenta interés por la resistencia del parental donante a TYLCD. Una vez se complete la colección, se evaluará por su resistencia a esta enfermedad. Los estudios previos han mostrado que se trata probablemente de una resistencia poligénica, cuya expresión a menudo es más dependiente de las condiciones ambientales y de otros factores. En estos casos, el empleo de un solo testigo resistente y otro susceptible no es suficiente para determinar con exactitud el nivel de resistencia de los materiales en estudio. La disponibilidad de controles con distintos niveles de resistencia permitiría realizar un fenotipado más preciso. Un grupo de investigadores del "Volcani Center" desarrollaron una escala compuesta por siete líneas con diversos niveles de resistencia a TYLCD, introgresada a partir de distintas especies silvestres. En el marco de esta tesis se evaluó el comportamiento de esta escala en siete ensayos distintos, cuatro de ellos llevados a cabo en el COMAV-UPV y los otros tres en el Instituto Nacional de Ciencias Hortícolas de Cuba. Se compararon dos aislados de TYLCV (Tomato yellow leaf curl virus), una de las especies causantes de TYLCD, diferentes métodos de inoculación, dos estados de desarrollo de la planta y distintas condiciones ambientales. Los síntomas fueron más leves que los obtenidos en las condiciones ensayadas por los autores que desarrollaron la escala, si bien el orden de las líneas en la escala se mantuvo, con pocas excepciones. Sin embargo, en la mayor parte de las condiciones, la respuesta obtenida no correspondió a una escala gradual, ya que se observó una gran diferencia entre los valores de síntomas de las líneas susceptibles y las resistentes, siendo muy pequeñas las difer / Accession S. peruvianum PI 126944 has been reported as resistant to several biotic stresses, among them to Tomato yellow leaf curl disease, (TYLCD). In previous works carried out in the "Instituto Universitario para la Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana" (COMAV) three interspecific hybrids between this accession and cultivated tomato were obtained, using immature seeds rescue. In subsequent works more advances generations from these materials were developed, including until the pseudo-F6 generations and backcrosses to the cultivated species of some of the pseudo-Fn generations. With the aim of taking advantage of these materials in the improvement of cultivated tomato, in previous works of the group, the development of a set of Introgression lines (ILs) that contain the genome of the accession PI 126944 in the genetic background of S. lycopersicum was initiated. The obtaining of a large number of descendants is necessary in order to have correctly represented the genome of the donor species, thus there is the need to optimize the protocols In this sense, the first aim of this work was the study of several factors involved in the overcoming of the incompatibility barriers, to obtain a high number of descendants and maximize the probability of introgressing the genome of PI 126944 in the set of ILs. Three backcross assays were carried out, initiated with different plants of the generations pseudo-F4, pseudo-F5 and pseudo-F6. The parental genotype resulted a determinant factor in the obtaining of descendants, so the recommendation is the use of the maximum number of different genotypes, in order to maximize the probability of obtaining progeny. A proof of different culture media was carried out, which allowed the selection of the better combination of auxins and cytokinins to grow immature seed and regenerate plants. The effect of the number of days from pollination to fruit harvest was also studied. As mentioned before, the collection of ILs results of interest, given the resistance of the donor parental to TYLCD, among others traits. Once the collection is completed, it will be evaluated for its resistance to this disease. The previous studies showed that it is probably a quantitative resistance, whose expression is often more dependent of the environmental conditions and of other factors. In these cases, the use of only one resistant and one susceptible control is not sufficient to determine with accuracy the level of resistance. Availability of controls with different levels of resistance would allow a more precise phenotyping. A group of researchers of the "Volcani Center" developed a scale that consisted of seven lines with different levels of resistance to TYLCD, introgressed from different wild species. In this work, the response of this scale in seven distinct assays was evaluated, four of them carried out in the COMAV-UPV and the others three in the "Instituto Nacional de Ciencias Hortícolas de Cuba". Two isolates of TYLCV (Tomato yellow leaf curl virus), one of the species causing TYLCD, different inoculation method, two development stages of the plant and several environmental conditions were evaluated. In general, the symptoms were more slight that the obtained in the conditions assayed by the authors that developed the scale, although the order of the lines in the scale were maintained, with few exceptions. However, in most of the conditions, the response obtained did not correspond to a graded scale, since there were high differences among the symptom scores of the susceptible and the resistant lines, with very small the differences among the resistant lines. These results suggest the possibility to reduce the number of lines to employ in each concrete condition, selecting the most susceptible, the most resistant and another with intermediate levels of resistance. / L'entrada PI 126944 de S. peruvianum ha sigut descrita com a resistent a diferents estresses biòtics, entre ells a la malaltia de l'arrissat groc de la tomaca (Tomato yellow leaf curl disease, TYLCD). En treballs previs realitzats en el "Instituto Universitario para la Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana" (COMAV) es van obtenir tres híbrids interespecífics entre aquesta entrada i la tomaca cultivada, emprant el rescat de llavors immadures. En treballs posteriors, es van desenvolupar generacions més avançades a partir d'aquests materials, incloent fins a les generacions pseudo-F6 i retrocreuaments cap a l'espècie cultivada d'algunes de les generacions pseudo-Fn. A fi de aprofitar aquests materials en la millora de la tomaca cultivada es va iniciar, en treballs anteriors del grup, el desenvolupament d'un conjunt de línies d'introgressió (Introgression lines, ILs) que continguen el genoma de l'entrada PI 126944 en el fons genètic de S. lycopersicum. Per a tenir correctament representat el genoma de l'espècie donant en el fons genètic de la tomaca és necessari obtenir un gran nombre de descendents, per la qual cosa és necessari optimitzar els protocols. El primer objectiu d'aquesta tesi va ser l'estudi de diferents factors implicats en la superació de les barreres d'incompatibilitat, a fi d'aconseguir un elevat nombre de descendents i maximitzar la probabilitat d'introgressar el genoma de PI 126944 en el conjunt de ILs. Es van dur a terme tres assajos de retrocreuament, iniciats amb diferents plantes de les generacions pseudo-F4, pseudo-F5 i pseudo-F6. El genotip dels parentals va resultar un factor determinant en l'obtenció de descendència, per la qual cosa es recomana utilitzar el màxim nombre de genotips diferents, a fi de maximitzar la probabilitat d'obtenir descendència. Es va dur a terme una prova de medis de cultiu que va permetre seleccionar la combinació més adequada d'auxines i citoquinines per al cultiu de llavors immadures i posterior regeneració de plantes. Es va estudiar l'efecte del nombre de dies transcorreguts des de la pol·linització fins a la recol·lecció dels fruits, havent-se obtingut resultats diferents. Tal com s'ha comentat anteriorment, aquesta col·lecció de ILs presenta interès per la resistència del parental donant a TYLCD. Una vegada es complete la col·lecció, s'avaluarà per la seua resistència a aquesta malaltia. Els estudis previs han mostrat que es tracta probablement d'una resistència quantitativa, l'expressió de la qual sovint és més depenent de les condicions ambientals i d'altres factors. En aquests casos, l'utilització d'un sol control resistent i un altre susceptible no és suficient per a determinar amb exactitud el nivell de resistència dels materials en estudi. La disponibilitat de controls amb diferents nivells de resistència permetria realitzar un fenotipat més precís. Un grup d'investigadors del "Volcani Center" van desenvolupar una escala composta per set línies amb diversos nivells de resistència a TYLCD, introgressada a partir de diferents espècies silvestres. En el marc d'aquesta tesi es va avaluar el comportament d'aquesta escala en set assajos diferents, quatre d'ells duts a terme en el COMAV-UPV i els altres tres en el "Instituto Nacional de Ciencias Hortícolas de Cuba". Es van comparar dos aïllats deTYLCV (Tomato yellow leaf curl virus), una de les espècies causants de TYLCD, diferents mètodes d'inoculació, dos estats de desenvolupament de la planta i diferents condicions ambientals. Els símptomes van ser més lleus que els obtinguts en les condicions assajades pels autors que van desenvolupar l'escala, si ben l'ordre de les línies en l'escala es va mantenir, amb poques excepcions. No obstant açò, en la major part de les condicions, la resposta obtinguda no va correspondre a una escala gradual, ja que es va observar una gran diferència entre els valors de símptomes de les línies susceptibles i les resiste / Campos, GN. (2018). Aprovechamiento de las especies Solanum peruvianum en la mejora del tomate [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/100858 / Compendio

[EN] In order to identify the genes controlling developmental traits and abiotic stress tolerance in tomtato, our laboratory is performing an insertion mutagenesis program, in collaboration with the groups of Dr. Rafael Lozano (Almería University) and Dr. Mª Carmen Bolarín (CEBAS-Murcia). This PhD thesis is part of our insertion mutagenesis program and aims to keep deepening in the genetic dissection of relevant traits from an agronomic perspective using the generation and characterization of tomato T-DNA lines. With the goal of increasing the collection of tomato T-DNA lines previously generated in our group, we generated 974 new T-DNA lines. This collection of tomato T-DNA lines was evaluated in the greenhouse in order to detect dominant or semi-dominant mutants altered in vegetative and/or reproductive traits. In particular we paid special attention to mutants with changes in fruit set, since the altered genes in those mutants could play a role in the yield of tomato cultivars. The transition from ovary to a developing fruit (i.e. fruit set), occurs once the flower has reached the anthesis stage, and depends on the pollination and fecundation. However, the fruit development can also happen independently of pollination through a process named parthenocarpy. It is known that the growth regulators, mainly auxins and gibberellins, are involved in both kinds of fruit set processes. Even so, the genetic mechanisms that trigger the transition from ovary to fruit remain largely unknown. Accordingly, tomato mutants can be a valuable tool to shed light on the molecular and genetic basis that promote pollination-dependent or independent fruit set processes. Given the enormous interest raised by parthenocarpy, the work carried out in the context of this PhD thesis has been mainly focused on several seedless fruits mutants. The characterization of those mutants revealed alterations in vegetative plant development (e.g. leaf architecture) and/or reproductive development (e.g. fruit morphology) have been observed, suggesting that changes in endogenous levels of growth regulators (e.g. auxins and gibberellins) are closely related to the parthenocarpic fruit development. According to the histological analysis, most of the mutants showed cytological androsterility, and part of them also displayed deficiencies during the pollen sacs formation, a trait also related to parthenocarpic fruit development. Furthermore, it has been observed an increased fruit set rate in some parthenocarpic mutants leading to a higher fruit production per plant. Some mutants displayed a tight correlation between the alteration in floral whorls or fruit tissues and the expression of the GUS reporter gene included in the T-DNA, suggesting that the gen responsible of the mutant phenotype could be tagged by a T-DNA insert. Finally, the phenotypic, genetic and molecular characterization of the back-cross progeny of the Tom24 mutant suggests that this phenotype could be a consequence of a T-DNA insert which is not transmitted to the offspring due to a lethal effect in both types of gametes (male and female). / [ES] Con el fin de identificar genes que controlan caracteres del desarrollo y tolerancia a estrés abiótico, estamos abordando un programa de mutagénesis insercional en colaboración con los grupos del Dr. Lozano (Universidad de Almería) y la Dra. Bolarín (CEBAS-Murcia). Esta Tesis Doctoral se enmarca en el contexto de este programa de mutagénesis insercional y tiene como objetivo central seguir profundizando en la disección genética de caracteres relevantes desde un punto de vista agronómico a través de la generación y caracterización de líneas T-DNA de tomate. Con el objetivo de ampliar la colección que previamente se ha generado en nuestro grupo, se han obtenido 974 líneas T-DNA de tomate y se ha llevado a cabo la evaluación de estas líneas a fin de detectar mutantes dominantes o semidominantes afectados en caracteres vegetativos y/o reproductivos. En particular, la identificación de mutantes con cambios en el cuajado y desarrollo del fruto tiene una enorme relevancia a nivel agronómico dado que los genes alterados en estos mutantes intervienen sobre caracteres que contribuyen a la producción de un cultivar. El proceso de cuajado, es decir, la transición desde el ovario a un fruto en desarrollo, ocurre una vez la flor alcanza el estadio de antesis, y depende del éxito de la polinización y de la fecundación. No obstante, el desarrollo del fruto puede ser independiente de la polinización a través de un proceso denominado partenocarpia. En ambos procesos de cuajado, dependiente e independiente de polinización, están implicadas señales hormonales, especialmente auxinas y giberelinas (GAs). Aún así, la base genética de los mecanismos que desencadenan la transición del ovario a fruto es en gran medida desconocida. En este sentido, la disponibilidad de mutantes de tomate puede ser una herramienta muy valiosa para avanzar en el conocimiento de las bases moleculares y genéticas que promueven el cuajado del fruto dependiente e independiente de polinización. Habida cuenta del interés que suscita la partenocarpia, el trabajo realizado en el contexto de esta Tesis Doctoral se ha centrado en una serie de mutantes que desarrollan frutos sin semillas. La caracterización de estos mutantes ha permitido observar alteraciones en el desarrollo vegetativo (e.g. arquitectura foliar) y/o reproductivo (e.g. morfología del fruto) que sugieren cambios en los niveles endógenos de hormonas (e.g. auxinas y giberelinas) estrechamente vinculadas al desarrollo partenocápico del fruto. El análisis histológico ha indicado que la mayor parte de los mutantes exhiben androesterilidad citológica, y algunos también muestran alteraciones en la formación de los sacos polínicos o el desarrollo de la antera, un carácter que también está vinculado al desarrollo partenocápico del fruto. Por otro lado, se ha comprobado que la mayor tasa de cuajado de algunos mutantes partenocárpicos promueve una mayor producción por planta. En algunos mutantes se ha observado una estrecha relación entre la expresión del delator y la mutación, es decir, la actividad GUS se detecta en los órganos afectados, lo que sugiere que el gen responsable del fenotipo mutante se encuentra etiquetado por un T-DNA. Por último, la caracterización fenotípica, genética y molecular de plantas de la progenie de retrocruce del mutante Tom24 sugiere que el fenotipo se debe a un inserto de T-DNA que no se transmite a la descendencia debido a que provoca letalidad en ambos tipos de gametos (masculinos y femeninos). / [CA] Pel tal d'identificar els gens que controlen caràcters del desenvolupament i tolerància a estrès abiòtic, estem abordant un programa de mutagènesi insercional en col·laboració amb els grups del Dr. Lozano (Universidad de Almería) y la Dra. Bolarín (CEBAS-Murcia). Aquesta Tesi Doctoral s'emmarca en el context d'aquest programa de mutagènesi insercional y té l'objectiu central seguir profunditzant en la dissecció genètica de caràcters rellevants des d'un punt de vista agronòmic a través de la generació y caracterització de línies T-DNA de tomaca. Amb l'objectiu d'ampliar la col·lecció que prèviament s'ha generada en el nostre grup, s'han obtingut 974 línies T-DNA de tomaca y s'ha dut a terme l'avaluació d'aquestes línies amb la finalitat de detectar mutants dominants o semidominants afectats en caràcters vegetatius i/o reproductius. En particular, la identificació de mutants amb canvis en el quallat i desenvolupament del fruit té una enorme rellevància a nivell agronòmic atès que els gens alterats en aquests mutants intervenen sobre caràcters que contribueixen a la producció de un cultivar. El procés del quallat, és a dir, la transició des de l'ovari a un fruit en desenvolupament, passa una vegada la flor arriba a l'estadi d'antesi, y depèn de l'èxit de la pol·linització i de la fecundació. No obstant, el desenvolupament del fruit pot ser independent de la pol·linització a través d'un procés denominat partenocàrpia. En ambos processos de quallat, dependent o independent de pol·linització, estan implicats senyals hormonals, especialment auxines i gibberel·lines (GAs). Tot i així, la base genètica dels mecanismes que desencadenen la transició de l'ovari al fruit és en gran mesura desconeguda. En aquest sentit, la disponibilitat de mutants de tomaca pot ser una eina molt valuosa per a avançar en el coneixement de les bases moleculars y genètiques que promouen el quallat del fruit depenent o independent de pol·linització. Tenint en compte de l'interès que suscita la partenocàrpia, el treball realitzat en el context d'aquesta Tesi Doctoral s'ha centrat en una sèrie de mutants que desenvolupen fruits sense llavors. La caracterització d'aquests mutants ha permès observar alteracions en el desenvolupament vegetatiu (e.g. arquitectura foliar) i/o reproductiu (e.g. morfologia del fruit) que suggereixen canvis en els nivells endògens d'hormones (e.g. auxines i gibberel·lines) estretament vinculades al desenvolupament partenocàrpic del fruit. L'anàlisi histològic ha indicat que la major part del mutants exhibeixen androesterilitat citològica, i alguns també mostren alteracions en la formació del sacs pol·linics o el desenvolupament de l'antera, un caràcter que també està vinculat amb es desenvolupament partenocàrpic del fruit. D'altra banda, s'ha comprovat que la major taxa de quallat d'alguns mutants partenocàrpics promou una major producció per planta. En alguns mutants s'ha observat una estreta relació entre l'expressió del delator i la mutació, és a dir, l'activitat GUS es detecta en els òrgans afectats. Això suggereix que el gen responsable del fenotip mutant està etiquetat per un T-DNA. Per últim, la caracterització fenotípica, genètica i molecular de plantes de la progènie de retro-encreuament del mutant Tom24 suggereix que el fenotip és causa de un insert T-DNA que no es transmet a la descendència pel fet que provoca letalitat en ambos tipus de gàmetes (masculins y femenins). / Goergen, G. (2016). Generación de líneas T-DNA de tomate (Solanum lycopersicum L.), identificación de mutantes de inserción afectados en caracteres del desarrollo y caracterización de mutantes de fruto partenocárpico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62360

Fe biofortification of potato is a promising strategy to prevent Fe deficiency worldwide either through traditional breeding or biotechnological approaches. These approaches require the identification of candidate genes to uptake, transport and store Fe in potato tubers. We employed multiple approaches including SNP genotyping, QTL analysis, identifying genes orthologous to Arabidopsis ferrome, yeast complementation assay and genetic transformation to avoid the limitation from a single approach. We revealed several candidate genes potentially associated with potato plant Fe acquisition, PGSC0003DMG400024976 (metal transporter), PGSC0003DMG400013297 (oligopeptide transporter), PGSC0003DMG400021155 (IRT1) and IRTunannotated (an ortholog to the IRT gene that is not annotated in the potato genome). The microorganisms in the rhizosphere react intensely with the various metabolites released by plant roots in a variety of ways such as positive, negative, and neutral. These interactions can influence the uptake and transport of micronutrients in the plant roots. Therefore, the contribution of soil microorganisms in the rhizosphere to improve Fe supply of plants may play a key role in Fe biofortification, especially under real world field-based soil scenarios. We thus investigated rhizosphere microbial community diversity in Andean potato landraces to understand the role of plant-microbial interaction in potato Fe nutrient cycling. From the analysis of the high-throughput Illumina sequences of 16S and ITS region of ribosomal RNA gene, we found that both potato landraces with low and high Fe content in tubers and a landrace on which low or high Fe content fertilizer was applied to the leaf surface had large impacts on the rhizosphere fungal community composition. Indicator species analysis (ISA) indicated that Operational Taxonomic Units (OTUs) contributing most to these impacts were closely related to Eurotiomycetes and Leotiomycetes in the phylum Ascomycota, Glomeromycetes in the phylum Glomeromycota and Microbotryomycetes in the phylum Basidiomycota. Lots of species from these groups have been shown to regulate plant mineral nutrient cycling. Our research revealed potential candidate genes and fungal taxa involved in the potato plant Fe nutrient dynamics, which provides new insights into crop management and breeding strategies for sustainable Fe fortification in agricultural production. / Ph. D. / Sustainably enriching Fe nutrition and its bioavailability in the potato is a promising strategy to prevent Fe deficiency worldwide either through traditional breeding or biotechnological approaches. All of these approaches require the identification of candidate genes to uptake, transport and store Fe in potato tubers. In this study, we coupled plant molecular methods with analysis of soil microbial community in the rhizosphere (the region of soil within immediate vicinity of plant roots, and a hotspot of this plant-microbial interplay) to uncover relationships among Fe nutritional status in potato, potato genotype and soil microbes. We identified a number of genes that likely control the amount of Fe content in potato using multiple approaches. After functional analysis in yeasts and potato plants, we revealed several elite candidate genes potentially associated with potato plant Fe acquisition, <i>PGSC0003DMG400024976</i> (Metal Transporter), <i>PGSC0003DMG400013297</i> (Oligopeptide Transporter), <i>PGSC0003DMG400021155</i> (Iron-Regulated Transporter 1, IRT1) and <i>IRTunannotated</i> (an ortholog to the <i>IRT</i> gene that is not annotated in the potato genome). The microorganisms in the rhizosphere react intensely with the various metabolites released by plant roots in a variety of ways such as positive, negative, and neutral. These interactions can influence the uptake and transport of micronutrients in the plant roots. Therefore, the contribution of soil microorganisms in the rhizosphere to improve Fe supply of plants may play a key role in enriching Fe nutrition, especially under real world field-based scenarios, e.g., high-pH and calcareous soils that occupy one third of agriculture lands limit the Fe bioavailability to crops. We investigated rhizosphere microbial community diversity in Andean potato landraces to understand the role of plant-microbial interaction in potato Fe nutrient cycling using high-throughput Illumina sequencing method. We found that both potato landraces with low and high Fe content in tubers and a landrace on which low or high Fe content fertilizer was applied to the leaf surface had large impacts on the rhizosphere fungal community composition. These impacts were closely related to <i>Eurotiomycetes</i> and <i>Leotiomycetes</i> in the phylum <i>Ascomycota, Glomeromycetes</i> in the phylum <i>Glomeromycota</i> and <i>Microbotryomycetes</i> in the phylum <i>Basidiomycota</i>. Lots of species from these groups have been shown to regulate plant mineral nutrient cycling. Our research revealed potential candidate genes and fungal taxa involved in the potato plant Fe nutrient dynamics, which provides new insights into crop management and breeding strategies for sustainable Fe improvement in agricultural production.

Pour cette étude, dans un premier temps, une caractérisation physico-chimique et rhéologique des amidons natifs de deux cultivars locaux de pomme de terre (Sipiera et Tselefou) et de trois de manioc (2425, 4115 et Seedling) a été faite avant leur incorporation dans du pâté de bœuf à 20, 30, 40 et 50g/kg de mêlée. L’influence du type d’amidon et de leur taux d’incorporation sur les propriétés physico-chimiques et texturales des pâtés a été évaluée. Les résultats ont montré que les propriétés physiques, fonctionnelles et rhéologiques des amidons sont étroitement liées à leur origine botanique. L’Analyse en Composantes Principales (ACP) laisse paraître que de tous les amidons natifs, celui du cultivar de pomme de terre Sipiera se rapproche le plus du témoin. Une fois incorporé dans les pâtés ; l’ACP de tous les paramètres texturaux des pâtés aux amidons natifs indique que le pâté à l’amidon du cultivar de manioc Seedling à de 40g/kg de mêlée (PS40), est celui qui se rapproche le plus du pâté témoin. Dans un deuxième temps, les amidons de pomme de terre (Sipiera) et de manioc (2425) ont été sélectionnés pour la modification (acétylation). Ces amidons acétylés ont par la suite fait l’objet des mêmes analyses que les amidons natifs et incorporés dans les pâtés aux mêmes taux que les amidons natifs. Des résultats, il ressort que les propriétés fonctionnelles des amidons natifs sont fortement influencées par l’acétylation et le temps d’acétylation. Les essais d’incorporation des amidons acétylés dans les pâtés montrent que l’amidon Sipiera/20 à un taux d’incorporation de 40g/kg de mêlée ne se distingue pas significativement (p>0,05) du pâté témoin / The first part of this work deals with the physico-chemical and rheological characterisation of native starches of two local cultivars of Irish potatoes (Sipiera and Tselefou) and three cultivars of cassava (2425, 4115 and Seedling) before they are incorporated into beef patty at 20, 30, 40 and 50g/kg ground meat. The influence of the type of starch and the amount of incorporation on the physico-chemical and textural properties of patties was evaluated. Results show that the physical, functional and rheological properties of starches are closely related to their botanical origin. Principal Component Analysis (PCA) showed that Irish potato cultivar Sipiera had properties that were close to reference. The PCA of all the textural properties of patties with native starches show that patty from starch of cassava cultivar Seedling at 40g/kg (PS40) was closest to the reference. In the second part of the work, the starch Sipiera and 2425 were selected for modification. These two starches were then acetylated for 10 and 20min. and this permitted us to have Sipiera/10, Sipiera/20, 2425/10 and 2425/20. The functional properties of the native starches were however strongly influenced by acetylation and the time of acetylation. Incorporation trials of this acetylated starches at different amounts in patty showed that Sipiera/20 starch at an incorporation rate of 40g/kg ground meat is not significantly different from the reference patty