Application of Conventional, Biotechnological and Genomics Approaches for Eggplant (Solanum melongena.L). Breeding with a Focus on Bioactive Phenolics

Abstract

[ES] En el primer capítulo, se caracterizó una colección de seis accesiones de berenjenas, 21 accesiones de 12 especies silvestres y 45 híbridos interespecíficos de berenjena con especies silvestres utilizando 27 descriptores morfológicos y 20 descriptores morfométricos de frutos basados en la herramienta fenómica Tomato Analyzer. Observamos diferencias significativas entre los tres grupos, con híbridos que muestran valores intermedios para la mayoría de los descriptores. Las especies silvestres mostraron una amplia diversidad para ampliar la base genética de la berenjena. En el segundo capítulo, el mismo material se caracterizó para el contenido en compuestos fenólicos del fruto, el color de la pulpa de la fruta y los caracteres relacionados con el pardeamiento. Mientras que el ácido fenólico predominante en la berenjena cultivada fue el ácido clorogénico (> 65.0%), en los parientes silvestres fue de menos del 50% del área del pico del cromatograma HPLC. Las variedades cultivadas presentaron un color de carne más claro y baja actividad de polifenol oxidasa (PPO). Los híbridos interespecíficos fueron intermedios para todos los caracteres estudiados. En el tercer capítulo, realizamos un estudio genético Linea por Probador (L × P) utilizando dos líneas cultivadas, una con citoplasma oriental y otra occidental con cuatro probadores que representan tres especies silvestres: S. insanum, S.anguivi y S . lichtensteinii. Además, evaluamos el material para 3 descriptores bioquímicos, 12 morfológicos y 8 de Tomato Analyzer. Encontramos diferencias significativas para los 23 caracteres estudiados. Los valores más altos para la componente SCA se determinaron en comparación con la componente GCA. En general, los probadores del genepool secundarios fueron mejores para la mejora de los caracteres bioquímicos, mientras que las especies de genepool primarias fueron mejores para los caracteres morfológicos. En el cuarto capítulo, para obtener información sobre la genética de caracteres importantes en la berenjena, realizamos el primer estudio genético detallado de la berenjena con 10 genotipos diversos de berenjena, entre ellos una accesión de S. insanum, mientras que el resto fueron variedades tradicionales con forma del fruto muy diversa. Cuando se cruzaron en un diseño de medio dialelo, los 10 padres produjeron un conjunto de 45 híbridos. Evaluamos padres e híbridos para 14 descriptores de características morfológicas y 14 características morfométricas del fruto. También determinamos las distancias genéticas utilizando 7,335 marcadores de SNP polimórficos. Del mismo modo, en el quinto capítulo, estudiamos los compuestos fenólicos del fruto, el color de la pulpa del mismo y los caracteres relacionados con el pardeamiento en el mismo material. Se determinó que la accesión de S. insanum accession INS2 presenta valores altamente significativos para los compuestos fenólicos totales y el contenido de ácido clorogénico. Se encontraron efectos significativos para la aptitud combinatoria específica y general para los caracteres bioquímicos estudiados. De manera similar a lo encontrado anteriormente, la distancia genética entre los padres no fue útil para predecir el comportamiento de los híbridos.Finalmente, en el sexto capítulo, hemos desarrollado un protocolo de agroinfiltración para la expresión transitoria de un gen en el fruto de la berenjena utilizando GUS; Vector pCAMBIA1304. Posteriormente, para probar la utilidad del protocolo, utilizamos la hidroxicinamoil CoA-quinato transferasa (SmHQT) de berenjena, que es la enzima central estudiada para aumentar el contenido de ácido clorogénico, en la construcción del gen con el promotor específico en un vector de transformación de plantas (pBIN19). Además, en nuestro casete, también coexpresamos la proteína P19 del Tomato bushy stunt virus para sobreexpresar la proteína. En esta tesis proporcionamos información sobre los parientes sil

[CA] En el primer capítol, es va caracteritzar una col·lecció de sis accessions d'albergínies, 21 accessions de 12 espècies silvestres i 45 híbrids interespecífics d'albergínia amb espècies silvestres utilitzant 27 descriptors morfològics i 20 descriptors morfomètrics de fruits basats en l'eina fenómica Tomato Analyzer. Observarem diferències significatives entre els tres grups, amb híbrids que mostren valors intermedis per a la majoria dels descriptors. Les espècies silvestres van mostrar una àmplia diversitat per a ampliar la base genètica de l'albergínia.En el segon capítol, el mateix material es va caracteritzar per al contingut en compostos fenòlics del fruit, el color de la polpa de la fruita i els caràcters relacionats amb el pardejament. Mentre que l'àcid fenòlic predominant en l'albergínia cultivada va ser l'àcid clorogènic (> 65.0%), en els parents silvestres va ser de menys del 50% de l'àrea del pic del cromatograma HPLC. Les varietats cultivades van presentar un color de carn més clar i baixa activitat de polifenol oxidasa (PPO). Els híbrids interespecífics van ser intermedis per a tots els caràcters estudiats. Curiosament, no trobem correlacions significatives entre el contingut de compostos fenòlics totals o àcid clorogènic i el pardejament de la polpa de la fruita. En el tercer capítol, realitzem un estudi genètic Línia per Emprovador (L × P) utilitzant dues línies cultivades, una amb citoplasma oriental i una altra occidental amb quatre emprovadors que representen tres espècies silvestres: S. insanum, S. anguivi i S. lichtensteinii. A més, avaluem el material per a 3 descriptors bioquímics, 12 morfològics i 8 de Tomato Analyzer. Trobem diferències significatives per als 23 caràcters estudiats. Els valors més alts per a la component SCA es van determinar en comparació amb la component GCA. En el quart capítol, per a obtindre informació sobre la genètica de caràcters importants en l'albergínia, realitzem el primer estudi genètic detallat de l'albergínia amb 10 genotips diversos d'albergínia, entre ells una accessió de S. insanum, mentre que la resta van ser varietats tradicionals amb forma del fruit molt diversa. Quan es van creuar en un disseny de mitjà dial·lel, els 10 pares van produir un conjunt de 45 híbrids. Avaluem pares i híbrids per a 14 descriptors de característiques morfològiques i 14 característiques morfomètriques del fruit. També determinem les distàncies genètiques utilitzant 7,335 marcadors de SNP polimòrfics. En l'estudi de l'herència dels caràcters morfològics importants per al desenvolupament d'híbrids en albergínia, es va trobar que la distància genètica entre els pares té un valor limitat per a predir el rendiment dels híbrids en aquest cultiu. Es va determinar que l'accessió de S. insanum accessió INS2 presenta valors altament significatius per als compostos fenòlics totals i el contingut d'àcid clorogènic. Es van trobar efectes significatius per a l'aptitud combinatòria específica i general per als caràcters bioquímics estudiats. De manera similar a l'oposat anteriorment, la distància genètica entre els pares no va ser útil per a predir el comportament dels híbrids. Finalment, en el sisé capítol, hem desenvolupat un protocol d'agroinfiltració per a l'expressió transitòria d'un gen en el fruit de l'albergínia utilitzant GUS; Vector pCAMBIA1304. Posteriorment, per a provar la utilitat del protocol, utilitzem la hidroxicinamoil CoA-quinat transferasa (SmHQT) d'albergínia, que és l'enzim central estudiat per a augmentar el contingut d'àcid clorogènic, en la construcció del gen amb el promotor específic en un vector de transformació de plantes (pBIN19). A més, en el nostre casset, també coexpresem la proteïna P19 del Tomato bushy stunt virus per a sobreexpresar la proteïna. En aquesta tesi proporcionem informació sobre els parents silvestres d'albergínies per a caràcters morfològics i bioq

[EN] In the first chapter, a collection of six eggplant accessions, 21 accessions of 12 wild species (the only primary genepool species S. insanum and 11 secondary genepool species) and 45 interspecific hybrids of eggplant with wild species were characterized using 27 morphological descriptors and 20 fruit morphometric descriptors based on the phenomics tool Tomato Analyzer. We observed significant differences among the three groups with hybrids showing intermediate values for most of the descriptors. The wild species showed an extensive diversity for broadening the genetic base of eggplant. In the second chapter, the same material was characterized for the fruit phenolics, fruit flesh colour and browning related traits. Wild relatives showed greater variation for the fruit phenolics than cultivated eggplant. While, the predominant phenolic acid in cultivated eggplant was chlorogenic acid (>65.0%), in the wild relatives it was less 50% of HPLC chromatogram peak area. Cultivated varieties had lighter flesh colour and low polyphenol oxidase (PPO) activity. The interspecific hybrids were found to be intermediate for all the characters studied. Interestingly, we found no significant correlations between total phenolics or chlorogenic acid contents and fruit flesh browning. In the third chapter, we performed a Line by Tester (L ×T) genetic study using two cultivated lines one with oriental and another with occidental cytoplasm along with four testers representing three wild species namely, S. insanum, S.anguivi, and S. lichtensteinii. Further, we evaluated the material for 3 biochemical, 12 morphological and 8 Tomato Analyzer based descriptors. We found a significant amount of variation for all the 23 traits studied. The higher values for the SCA component were determined as compared to the GCA component. Overall, the secondary genepool testers were better for the biochemical traits improvement whereas, the primary genepool species was better for the morphological traits. In the fourth chapter, in order to gain information regarding the genetics of important traits in eggplant, we performed the first detailed genetic study of eggplant with 10 diverse eggplant genotypes among them an S. insanum accession, while the remaining nine were highly diverse shaped fruits of popular eggplant cultivars. When crossed in a half-diallel matting design 10 parents produced a set of 45 hybrids. We evaluated parents and hybrids for 14 morphological and 14 fruit morphometric traits descriptors. We also determined the genetic distances using 7,335 polymorphic SNP markers. In the study of the genetics of important morphological traits for hybrid development in eggplant, we found that genetic distance among parents had limited value to predict hybrid performance in this crop. Likewise, in the fifth chapter, we studied the fruit phenolics, fruit flesh colour and browning related traits in the same material. We determined that S. insanum accession INS2 displayed values highly significant for the total phenolics and CGA content. Significant specific and general combining ability effects were found for the biochemical traits studied. Similarly, the genetic distance among parents was nonsignificant to predict hybrids performance. Finally, in the sixth chapter, we have developed an agroinfiltration protocol for the transient expression of a gene in the eggplant fruit using GUS bearing; pCAMBIA1304 vector. Thereafter, to prove the usefulness of the protocol, we have used the eggplant hydroxycinnamoyl CoA-quinate transferase (SmHQT), which is the central enzyme studied to increase the chlorogenic acid content, in a gene construct with the specific promoter in a plant transformation vector (pBIN19). Also, in our cassette, we also co-expressed the P19 protein of Tomato bushy stunt virus to overexpress the protein. Overall, in this thesis, we have provided information regarding the wild relatives of eggplants from a morphological and biochemical prospective.