Assessment of genetic and agronomic strategies to enhance ecological resilience and preserve fruit quality in tomato landraces

[ES] Las variedades tradicionales constituyen una fuente valiosa de diversidad genética en los cultivos actuales. En este contexto, los objetivos de esta tesis doctoral fueron: i) identificar, dentro de una amplia colección de variedades tradicionales de tomate, aquellas con cualidades organolépticas y funcionales sobresalientes; ii) desarrollar y evaluar híbridos F1 derivados de dichas variedades como estrategia para aumentar el rendimiento sin comprometer la calidad; iii) analizar los híbridos generados a partir de variedades tipo Muchamiel y líneas mejoradas portadoras de los genes de resistencia ToMV, TSWV y TYLCV, buscando conservar la morfología y calidad características junto con un rendimiento equilibrado; y iv) estudiar la respuesta de las variedades seleccionadas en sistemas de cultivo de bajos insumos, con el fin de identificar genotipos capaces de mantener la productividad y la calidad del fruto bajo dichas condiciones. En la presente tesis doctoral se caracterizó de forma exhaustiva la calidad de los frutos de cuarenta y ocho variedades tradicionales de tomate del sureste de España, observándose una amplia variabilidad en compuestos relacionados con el sabor y bioactivos. Se identificaron variedades con un rendimiento agronómico aceptable y características de calidad de fruto, útiles para su valorización directa o su uso en programas de mejora. A partir de estas accesiones se desarrollaron dieciocho híbridos, lo que permitió generar nuevas combinaciones genéticas que integraron los atributos de calidad distintivos de las variedades tradicionales con las ventajas agronómicas derivadas del vigor híbrido, alcanzando en algunos casos rendimientos comparables a los de las variedades comerciales de referencia. Seis híbridos destacaron por su comportamiento equilibrado combinando buenos rendimientos con una calidad de fruto destacada, tanto en compuestos de sabor como bioactivos, lo que incrementa su posible competitividad en el mercado. Para superar la alta susceptibilidad a enfermedades víricas que presentan habitualmente las variedades tradicionales, se generaron híbridos mediante el cruce de dos líneas de mejora portadoras de los genes de resistencia a virus en homocigosis, UMH1139 (Tm-2a y Sw-5) y UMH1200 (Tm-2a, Sw-5 y Ty-1) con dos variedades Muchamiel seleccionadas. La introducción de una sola copia de estos genes preservó la identidad morfológica del tipo Muchamiel, mantuvo o incluso mejoró la calidad del fruto y aumentó el rendimiento gracias al vigor híbrido. Los efectos negativos en homocigosis, asociados al arrastre del ligamiento del gen Ty-1, sobre el diámetro del fruto y la concentración de ácidos orgánicos, se mitigaron en gran medida en los híbridos, que mostraron diámetros similares a los de las variedades tradicionales y niveles intermedios de ácidos orgánicos entre la línea de mejora UMH1200 y las variedades tradicionales. Finalmente, la evaluación del potencial de variedades seleccionadas en sistemas de cultivo de bajos insumos mostró respuestas diferenciales según la variedad. Pera Pinatar mostró la mayor resiliencia, manteniendo el rendimiento en todos los tratamientos y conservando o mejorando algunos metabolitos. Flor de Baladre y Muchamiel rizado mantuvieron el rendimiento en tratamientos de bajos insumos y mantuvieron o mejoraron la calidad de la fruta, excepto en el tratamiento con solución nutritiva más concentrada (100F+75I). Negro de Nerpio, que mostró un rendimiento bajo en comparación con las otras variedades, fue particularmente sensible a la solución nutritiva más diluida (50F+100I). Los híbridos H1 y H2 lograron una mayor productividad que su parental tradicional común, Negro de Nerpio, asociado al vigor híbrido. Además, H1 mantuvo el rendimiento al disminuir el riego, mejorando la calidad mediante el aumento de ciertos compuestos metabólicos. Por el contrario, H2 fue la más sensible, con un rendimiento reducido y sin mejoras consistentes en los metabolitos en condiciones de bajos insumos.

[CA] Les varietats tradicionals constituïxen una font valuosa de diversitat genètica en els cultius actuals. En este context, els objectius d'esta tesi doctoral van ser: i) identificar, dins d'una àmplia collecció de varietats tradicionals de tomaca, aquelles amb qualitats organolèptiques i funcionals excellents; ii) desenrotllar i avaluar híbrids F1 derivats d'estes varietats com a estratègia per a augmentar el rendiment sense comprometre la qualitat; iii) analitzar els híbrids generats a partir de varietats tipus Mutxamel i línies millorades portadores dels gens de resistència ToMV, TSWV i TYLCV, buscant conservar la morfologia i qualitat característiques juntament amb un rendiment equilibrat; iv) estudiar la resposta de les varietats seleccionades en sistemes de cultiu de baixos inputs, amb la finalitat d'identificar genotips capaços de mantindre la productivitat i la qualitat del fruit sota estes condicions. En la present tesi doctoral es va caracteritzar de manera exhaustiva la qualitat dels fruits de quaranta-huit varietats tradicionals de tomaca del sud-est d'Espanya, observantse una àmplia variabilitat en compostos relacionats amb el sabor i bioactivos. Es van identificar varietats amb un rendiment agronòmic acceptable i característiques de qualitat de fruit, útils per a la seua valorització directa o el seu ús en programes de millora. A partir d'estes accessions es van desenrotllar díhuit híbrids, la qual cosa va permetre generar noves combinacions genètiques que van integrar els atributs de qualitat distintius de les varietats tradicionals amb els avantatges agronòmics derivats del vigor híbrid, aconseguint en alguns casos rendiments comparables als de les varietats comercials de referència. Sis híbrids van destacar pel seu comportament equilibrat, combinant bons rendiments amb una qualitat de fruit destacada, tant en compostos de sabor com bioactivos, la qual cosa incrementa la seua possible competitivitat en el mercat. Per a superar l'alta susceptibilitat a malalties víriques que presenten habitualment les varietats tradicionals, es van generar híbrids mitjançant l'encreuament de dos línies de millora portadores dels gens de resistència a virus en homocigosis, UMH1139 (Tm-2a i Sw-5) i UMH1200 (Tm-2a, Sw-5 i Ty-1) amb dos varietats Mutxamel seleccionades. La introducció d'una sola còpia d'estos gens va preservar la identitat morfològica del tipus Mutxamel, va mantindre o fins i tot va millorar la qualitat del fruit i va augmentar el rendiment gràcies al vigor híbrid. Els efectes negatius en homocigosis, associats a l'arrossegament del ligamiento del gen Ty-1, sobre el diàmetre del fruit i la concentració d'àcids orgànics, es van mitigar en gran manera en els híbrids, que van mostrar diàmetres similars als de les varietats tradicionals i nivells intermedis d'àcids orgànics entre la línia de millora UMH1200 i les varietats tradicionals. Finalment, l'avaluació del potencial de varietats seleccionades en sistemes de cultiu de baixos inputs va mostrar respostes diferencials segons la varietat. Pera Pinatar va mostrar la major resiliència, mantenint el rendiment en tots els tractaments i conservant o millorant alguns metabòlits. Flor de Baladre i Mutxamel arrissat van mantindre el rendiment en tractaments de baixos inputs i van mantindre o van millorar la qualitat de la fruita, excepte en el tractament amb solució nutritiva més concentrada (100F+75I). Negre de Nerpio, que va mostrar un rendiment baix en comparació amb les altres varietats, va anar particularment sensible a la solució nutritiva més diluïda (50F+100I). Els híbrids H1 i H2 van aconseguir una major productivitat que el seu parental tradicional comú, Negre de Nerpio, associat al vigor híbrid. A més, H1 va mantindre el rendiment en disminuir el reg, millorant la qualitat mitjançant l'augment d'uns certs compostos metabòlics. Per contra, H2 va ser la més sensible, amb un rendiment reduït i sense millores consistents en els metabòlits en condicions de baixos inputs.

[EN] Traditional varieties are a valuable source of genetic diversity in modern crops. In this context, the objectives of this doctoral thesis were to: i) identify, within a large collection of traditional tomato varieties, those with outstanding organoleptic and functional qualities; ii) develop and evaluate F1 hybrids derived from these varieties as a strategy to increase yield without compromising quality; iii) analyse hybrids generated from Muchamiel-type varieties and improved lines carrying the ToMV, TSWV, and TYLCV resistance genes, to preserve their characteristic morphology, quality, and balanced yield; and iv) study the response of the selected varieties in low-input cropping systems to identify genotypes capable of maintaining fruit productivity and quality under such conditions. This doctoral thesis provides an exhaustive characterisation of the fruit quality of forty-eight traditional tomato varieties from south-eastern Spain, revealing a significant variability in flavour-related and bioactive compounds. Varieties that exhibited both acceptable agronomic yield and fruit quality characteristics were identified for direct valorisation or use in breeding programs. Eighteen hybrids were developed from these accessions to generate new genetic combinations that integrate the distinctive quality attributes of traditional varieties with agronomic advantages of hybrid vigour. Six of these hybrids excelled due to their balanced performance, combining high yields with exceptional fruit quality in terms of both flavour and bioactive compounds, thus increasing their potential competitiveness in the market. To address the susceptibility to viral diseases commonly found in traditional varieties, hybrids were developed by crossing two breeding lines that carry homozygous virus resistance genes, UMH1139 (Tm-2a and Sw-5) and UMH1200 (Tm-2a, Sw-5, and Ty-1), with two selected Muchamiel varieties. Introducing a single copy of these genes preserved the morphological identity of the Muchamiel type, maintained or improved fruit quality, and increased yield owing to hybrid vigour. The negative effects of homozygosity associated with linkage drag from the Ty-1 gene on fruit diameter and organic acid concentration were largely mitigated in the hybrids, which exhibited diameters comparable to those of traditional varieties and intermediate organic acid levels between the UMH1200 breeding line and traditional varieties. Finally, the evaluation of the potential of the selected varieties in low-input cropping systems revealed that they responded differently depending on the variety. Pera Pinatar demonstrated the greatest resilience, maintaining yield in all treatments and preserving or enhancing certain metabolites. Flor de Baladre and Muchamiel rizado maintained yield in low-input treatments and maintained or improved fruit quality, except in the treatment involving the most concentrated nutrient solution (100F+75I). Negro de Nerpio, which had a lower yield than the other varieties, was particularly sensitive to the most diluted nutrient solution (50F+100I). Hybrids H1 and H2 were more productive than their traditional parent variety, Negro de Nerpio, owing to hybrid vigour. Furthermore, H1 maintained the yield when irrigation was reduced, improving quality by increasing certain metabolic compounds. In contrast, H2 was the most sensitive variety, with a reduced yield and no consistent improvements in metabolites under low-input conditions.

Tesis por compendio