Analysis of the inheritance patterns in tetraploid pummelo Chandler and Carrizo citrange

Abstract

[ES] Los cítricos son uno de los cultivos frutales más importantes y ampliamente cultivados en el mundo, donde aproximadamente el 80% de la producción se destina al consumo en fresco. En la Unión Europea, España es el primer país productor seguido por Italia, Grecia y Portugal. La Comunidad Valenciana es una de las principales regiones españolas productoras de naranjas, mandarinas, limones y pomelos. Una de las principales demandas del mercado de los cítricos para consumo en fresco, es la producción de frutos sin semillas ya que los consumidores no aceptan la presencia de estas en los frutos. Esta característica se puede lograr mediante la producción de híbridos triploides ya que estos generalmente son estériles, resultando en la producción de frutos sin semillas, y evitando la formación de semillas en otras variedades de cítricos por polinización cruzada. Hay varias estrategias para la obtención de híbridos triploides: a través de la hibridación sexual entre dos parentales diploides (2x X 2x) y mediante la hibridación sexual interploide (4x X 2x o 2x X 4x). El parental tetraploide puede obtenerse mediante la selección de individuos tetraploides que surgen de la duplicación espontánea del número de cromosomas en las células nucelares o mediante la inducción de la duplicación del número de cromosómas utilizando agentes químicos, como por ejemplo la colchicina. Cuando se trabaja con genotipos tetraploides para la producción de híbridos triploides, es importante determinar el modelo de segregación cromosómica del genotipo tetraploide. Hay dos modelos extremos de segregación cromosómica: el modelo de segregación disómica y el modelo de segregación tetrasómica. Sin embargo, también se ha demosrado la posibilidad de herencia intermedia. Es importante determinar el modelo de segregación de los parentales tetraploides para la producción de híbridos triploides para poder comprender cómo marcadores o genes, posiblemente relacionados con la resistencia a factores abióticos y bióticos, pueden segregar en una hibridación determinada. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue determinar el modelo de segregación cromosómica de los genotipos tetraploides `Chandler' pummelo y citrange `Carrizo'. Con el fin de lograr estos objetivos, se obtuvieron dos poblaciones de híbridos triploides a partir de dos hibridaciones interploides entre clementina Tomatera diploide como parental femenino X `Chandler' pummelo tetraploide como parental masculino y clementina `Fina diploide como parental femenino X citrange `Carrizo¿ tetraploide como parental masculino. Las dos poblaciones de híbridos triploides se analizaron con marcadores moleculares, Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) y marcadores Simple Sequence Repeats (SSRs), distribuidos homogéneamente en los nueve grupos de ligamiento del mapa genético de referencia de Clementina, para poder determinar la estructura genética de los gametos diploides que resultan de los parentales tetraploides. Una vez que se identificaron los genotipos de cada gameto diploide, fue posible estimar el porcentaje de restitución de heterocigosidad para cada marcador y concluir que tetraploide 'Chandler' pummelo presenta herencia tetrasómica mientras que el 'Carrizo' citrange tetraploide muestra principalmente herencia disómica. Esto se determinó utilizando un enfoque de máxima verosimilitud a partir del análisis del marcador más cercano al centrómero para cada LG. Los resultados obtenidos de este estudio serán de gran valor para programas de mejoramiento con el objetivo de producir híbridos triploides para la producción de frutos sin semillas para poder analizar el patrón de segregación de marcadores involucrados en la resistencia a factores abióticos y bióticos. También serán de utilidad para el mejoramiento de portainjertos para poder recopilar estructuras multilocus de diferentes portainjertos para terminar con un genotipo que presente todas las características complementarias deseadas.

[EN] Citrus fruits is one of the most expansively and important fruit-tree crop, where approximately 80% of the production is destined to the fresh-fruit market. In the European Union, Spain in the number one ranking citrus producing country followed by Italy, Greece and Portugal. The Valencian Community is one of the main producing regions for oranges, mandarins, lemons and grapefruits in Spain. One of the main demands of the citrus fresh fruit market, from the point of view of consumers, is seedlessness in fruit. This characteristic can be attainted by using triploid hybrids since they are usually sterile, resulting in the production of seedless fruit as well as in the inability to induce seed formation in other citrus fruit varieties by cross-pollination. There are various approaches to produce these desired triploid hybrids: through sexual hybridization of two diploid parents (2x X 2x) and by sexual interploid hybridization (4x X 2x or 2x X 4x). The tetraploid parent can be obtained by selection of tetraploid individuals that arise from spontaneous somatic chromosome doubling of the nucellar cells or through the induction of somatic chromosome doubling with chemical agents, such as colchicine, also called double-diploid genotypes. When working with tetraploid genotypes for the production of triploid hybrids it is important to determine the chromosome segregation model of the tetraploid parent genotypes for the production of triploid hybrids to be able to comprehend how markers or genes, possibly related to resistance to abiotic and biotic factors, may segregate in a given hybridization. There are two extreme chromosome segregation models: the disomic segregation model and the tetrasomic segregation model. However, an intermediate inheritance has also been reported and can be a possibility. Therefore, the objective of this study was to determine the chromosome segregation model of tetraploid `Chandler' pummelo and `Carrizo' citrange. In order to achieve these objectives the triploid progeny of two interploid hybridizations diploid `Tomatera' clementine as female parent X tetraploid `Chandler' pummelo as male parent and diploid `Fina' clementine X tetraploid `Carrizo' citrange were analyzed with molecular markers, Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) and Simple Sequence Repeats (SSRs) markers, distributed homogenously among the nine citrus linkage groups (LG), of the reference Clementine genetic map, to be able to determine the genetic structure of the diploid gametes that result from the tetraploid parents. Once the genotypes of each diploid gamete was identified it was possible to estimate the percentage of heterozygosity restitution for each marker conclude that tetraploid `Chandler' pummelo presents tetrasomic iniheritance while tetraploid `Carrizo' citrange predominantly presented disomic inheritance. This was determined by using a maximum-likelihood approach from the analysis of the marker closest to the centromere for each LG. The results obtained from this study will be of great value for breeding programs with the objective to produce triploid hybrids for the production of seedless fruits to be able to analyze the segregation pattern of markers involved in resistance to abiotic and biotic factors. They will also be of use for rootstock breeding to be able to compile multilocus structures from different rootstocks to end up with a genotype that presents all the desired complementary characteristics.