Diversidad genética de los sistemas radiculares en el género Capsicum

Abstract

[ES] El sistema radicular y en concreto su arquitectura, ha demostrado ser una de las características más determinantes en el desarrollo y la productividad vegetal. Gracias a la habilidad plástica de las raíces, la planta puede modificar su configuración espacial adaptando la arquitectura radicular a la distribución heterogénea de los recursos edáficos (agua y nutrientes, principalmente). En este contexto, el aumento de la eficiencia de los cultivos está condicionado por la disponibilidad de sistemas radiculares sanos y estructuralmente bien adaptados al ambiente en el que se desarrollan. Por lo tanto, es necesario determinar qué ideotipo radicular (combinación ideal de características radiculares) es el más adecuado para un ambiente concreto. El conocimiento sobre la variabilidad y las relaciones filogenéticas entre las diferentes entradas disponibles, es un prerrequisito para el futuro uso de los recursos fitogenéticos en programas de mejora. Sin embargo, dentro del género Capsicum sp., es destacable la inexistencia de estudios de diversidad radicular dentro de dicho género. Los objetivos del trabajo fueron describir parte de la variación inter e intraespecífica de la arquitectura radicular dentro 18 genotipos del género Capsicum (C. annuum, C. baccatum, C. frutescens y C. pubescens) procedentes de España y América, en dos estadios diferentes de desarrollo, a los 15 y 70 dsf (días de seguimiento fenológico), así como la puesta a punto de una batería de 25 SSR para la caracterización molecular. Se han encontrado una importante variabilidad fenotípica entre los distintos genotipos para todos los caracteres de raíz analizados (***P < 0.001) en estado de plántula. Estas diferencias no se mantienen con la misma intensidad en estado adulto (70 dsf). En ambos casos, la longitud radicular ha demostrado ser un parámetro significativo, y con variabilidad constante en este género. Sin embargo, no se han obtenido correlaciones entre los parámetros de ambos fenotipados, posiblemente por fallos en el diseño del experimento al ser un estudio preliminar. El análisis del polimorfismo mediante SSR, permitió la separación de las distintas especies empleadas (C. annuum, C. baccatum, C. frutescens y C. pubescens). Se detectaron un total de 59 alelos SSR únicos (10 en C. annuum y 49 para el resto de especies) que pueden ser útiles en futuros estudios de diversidad y determinaciones varietales. Un genotipo prometedor como futuro patrón de mejora en ambientes con problemas de sequía, resultó ser Bol-60 (C. pubescens) pues presentó las características radiculares propias de un genotipo eficiente en la exploración de los suelos. El empleo de genotipos extremos como Numex Big Jim (C. annuum) y B144 (C. frutescens) para el diseño de poblaciones de mapeo, podría aportar mayor información sobre el control genético de los caracteres radiculares en este género y poder determinar las funciones de la arquitectura radicular bajo condiciones subóptimas de cultivo.

[EN] Root systems, particulary its root architecture, has shown to play an important role in plant development and productivity. Due to root plastic ability, plants can ensure the adquisition of soil resources (mainly water and nutrients) changing their spatial configuration through changes in root architecture, adapting to the heterogeneous distribution of these resources within the soil. Because of increasingly extreme adverse abiotic factors as drought, salinity or suboptimal levels of nutrients, crops efficiency is restricted by the availability of healthy root systems that fit to environment in which they operate. Therefore it is necessary to define the root ideotype (radicular ideal combination of characteristics) best suited for a particular environment. Knowledge about variability and phylogenetic relationships between different available accessions, is a prerequisite for the future use of plant genetic resources in breeding programs. However, despite the economic and cultural importance of Capsicum sp., the absence of root diversity studies within this genus is a remarkable issue. In this context, this study describes part of the inter and intraspecific variation of root architecture in 18 genotypes of the genus Capsicum (C. annuum, C. baccatum, C. frutescens, and C. pubescens) from Spain and America, in two different stages of development, at 15 and 70 dsf (phenological monitoring days), and the set up of 25 SSR markers for molecular characterization. We found significant phenotypic variability among genotypes for all root traits analyzed (*** P <0.001) in seedling stage. These differences are not maintained with the same intensity in the adult stage (70 dsf). In both cases, root length was shown to be a significant parameter, and with constant variability in this genus. However, no correlations were obtained between parameters from both phenotyped stages. Polymorphism using SSR, allowed the separation of the different used species (C. annuum, C. baccatum, C. frutescens, and C. pubescens). We detected a total of 59 unique SSR alleles (10 in C. annuum and 49 for the other species) that may be useful in future diversity studies and varietal determinations. Bol-60 (C. pubescens) proved a promising genotype as future breeding pattern in environments with drought problems, because of its genotype root efficient soil exploration typical characteristics. Numex Big Jim (C. annuum) with highest root length, weight, surface and tips numer, and B144 (C. frutescens) as lowest characteristics genotype, are suggested as extreme genotypes, and could be parentals for designing mapping populations, which could provide more information about the genetic control of root characters in this genus and to determine root architecture effects on water and nutrients use efficiency to increase performance in suboptimal crop conditions.