Estudio de las barreras reproductivas en la línea NIL SC10-2 de melón derivada de la introgresión del cultivar coreano Songwhan Charmi en el cultivar Piel de Sapo

Abstract

[ES] En 2005 una población de líneas dobles haploides (DHL) de melón derivada del cruce entre el cultivar coreano ‘Songwhan Charmi’ (accesión PI161375-SC) del grupo hortícola conomon y el cultivar español ‘Piel de Sapo’ (PS) incluido en el grupo inodorus, se utilizó para desarrollar una colección de near isogenic lines (NILs). Los parentales de esta colección (SC y PS) representan grupos de cultivares con notables diferencias en la morfología, tanto a nivel de fruto como de planta, en la resistencia frente a enfermedades y en otros caracteres, y su cruce es uno de los más polimórficos posibles dentro del germoplasma de melón. Las líneas DHL seleccionadas se retrocruzaron con PS, prosiguiendo con ciclos sucesivos de retrocruce y autofecundación en los que se monitorizaron las introgresiones de SC mediante marcadores moleculares distribuidos por todo el genoma de melón. Finalmente, se obtuvo una colección de 57 NILs que contenían un introgresión única e independiente de SC en el fondo genético PS. Estas introgresiones cubren al menos el 85% del genoma SC con un tamaño medio de la introgresión de 41 cM (~3.4% del genoma SC). Estudios realizados con estas poblaciones (DHLs y NILs) han permitido identificar QTLs epistáticos en los grupos de ligamiento LGI, LGIII, LGX y LGXII de SC asociados con la compleja resistencia a CMV (cucumber mosaic virus) en melón. No obstante, los intentos de fijar mediante autofecundación la NIL SC10-2 que presenta una introgresión en el LGX con el fin de estudiar dicha epistasia han presentado muchas dificultades o resultado infructuosos. Recientemente, esta misma línea NIL SC10-2, cuyos frutos muestran una significativa firmeza en la carne, ha sido analizada a nivel transcriptómico y se ha propuesto un QTL de expresión como responsable del control de cambios en la textura, el contenido en compuestos orgánicos volátiles y la maduración. Asimismo se ha comprobado que presenta una reducción en la producción de etileno durante la maduración en comparación con PS. Sin embargo, la causa final que subyace a la incapacidad de autofecundación de la línea NIL SC10-2 no ha sido dilucidada todavía. En este trabajo pretendemos sentar las bases para comprender la causa genética que determina este fenotipo, analizando la posible contribución al mismo de barreras reproductivas a nivel pre- y post-zigótico que incluyen el desarrollo de los tubos polínicos, la fecundación, la formación de semillas y el cuajado.

[EN] The cultivated melon (Cucumis melo L.) belongs to the Cucumis genus of the Cucurbitaceae family and is a species of great interest both for the study of valuable traits at an agronomic level, such as fruit ripening or sex determination, as well as for its economic relevance. Therefore, there is a growing interest in the genetic improvement of melon and, particularly, in the use of the characters of agronomic interest present in the wild material, including local races and other Cucumis species. Access to wild gene variants is impeded by the presence of interspecific reproductive barriers but at the intraspecific level, however, there is no evidence of barriers that prevent selfing in any Cucumis species. This has made it possible to cross cultivated varieties with wild accessions of C. melo with relative ease and to develop useful materials for the genetic dissection of agronomic interesting traits such as introgression lines. Interestingly, in two NIL-type introgression lines (near isogenic lines) on chromosome 10 (SC10.2.1 and SC10.2.2) from the backcross between the Piel de Sapo (PS) cultivar and the Korean cultivar Songwhan Charmi (SC), it has been observed a persistent difficulty in self-fertilization. The objective of this study is to evaluate the contribution of pre- and post-zygotic reproductive barriers to this phenotype. For this, plants of both parents (PS and SC) have been grown together with the NILs SC10.2.1 and SC10.2.2 in a greenhouse. Then plants were self-fertilized and backcrossed, and samples were taken to determine the pollen viability and pollen tubes compatibility by fluorescence microscopy. Also, fruit and seed setting and weight were recorded. In addition, SNPs have been genotyped using the HRM technique in both NILs to try to identify a genomic region related to the observed phenotype. The results show that about 90% of the pollen from NILs stains more faintly than that from PS, suggesting that their viability could be compromised. Also, microscopy images indicate that pollen tube growth appears to be slower in NILs than in PS. At the post-zygotic level, although certain differences between the NILs and PS are appreciated, these are not statistically significant except for fruit setting and average seed weight. The HRM analysis has allowed us to delimit a region where both NILs may share an SC genotype of about 780 Kb that contains 121 genes. By analyzing gene expression patterns and the predicted functions, genes specifically expressed in pollen