Inicio del desarrollo de una colección de líneas de introgresión para la mejora de la calidad del melón de tipo cantalupo

Abstract

[EN] Currently there is only a collection of introgression lines in melon, mainly oriented to the development of new varieties with disease resistance. This collection has been made in the genetic background recurrent Piel de Sapo, variety inodorus, using as donor parent Songwhan Charmi, conomon group chinensis variety. There is no such population in another genetic background of commercial interest, such as the genetic background cantalupensis. Furthermore, there is much variation in the species unexploited, especially in exotic types with high sugar, as Makuwa types. In the present work we have initiated the development of a collection of introgression lines in the genetic background of the cultivar Vedrantais, Charentais, belonging to the botanical variety cantalupensis, commercial interest and used as donor parent Ginsen variety Makuwa, type Makuwa, conomon variety with a high sugar content. The starting population of this research were 404 plants belonging to the second generation backcross (BC2) with Vedrantais, the recurrent parent. This population was genotyped with 102 SNP markers, polymorphic between both parents and distributed throughout the genome, using the Sequenom genotyping platform. Of the total population we preselected 85 individuals that were used to form the BC3 generation, through backcrossing with parental Vedrantais. This population consisted of 363 individuals, which was re-genotyped with the same set of markers using Sequenom genotyping platform. After this genotyping, 103 BC3 plants were selected, each having less than 4 introgressions per plant. These plants were transplanted in the greenhouse and obtained BC3fruits were thoroughly phenotyped. The genotyping and phenotyping data of the BC3 population served to perform an QTL analysis using the Windows Cartographer 2, which revealed QTLs affecting the size of the cavity of the fruit (linkage group 1 and 5), the shape of the fruit (LG 2, 8, 11 and 5), the flesh firmness (LG 7), the flesh color (LG 9), the soluble solids content (LG1 and 3), the organic acid content (citric acid (LG1) and malic acid (LG 8 and 11)) and the sugar content (glucose (LG 11 and fructose (LG 5)). Furthermore, anovas were also performed to validate the effect of the QTLs with LOD values above 3.5, but below the LOD threshold calculated by the program. For this purpose, an analysis of variance to determine significant differences between the means of the lines with introgressions and without introgresiones in each of the candidate regions was performed. This allow us to identify additional QTLs affecting to the number of female flowers (LG 10), the length and fruit diameter (LG 1 and 12) and the soluble solids content (LG10). Another objective was the validation of SNPs, initially analyzed using Sequenom, using HRM technology to facilitate manual validation. The results have been satisfactory and the percentage of matching genotypes with both techniques was 86,1%, which confirms the usefulness of this technique for subsequent analysis. This strategy has produced, after two generations of selection decreasing from 9% to 2.7% the donor genome content, a collection ofBC3 lines with between 1 and 4 introgressions already suitable for selfing and develop fixed lines. The successful development of the BC3 population is due to the availability of appropriate populations (BC2 and BC3) and genotyping techniques in BC2 of a high number of individuals. The phenotyping of this population has been of interest to a preliminary identification of regions that affect the quality of the melon, even for traits with large environmental influence. However, we have only been able to study those areas whose effect is detected in heterozygous condition and the study will be completed in the following generations after obtaining homozygous introgressions.

[ES] Actualmente sólo existe una colección de líneas de introgresión en melón, principalmente orientada al desarrollo de nuevas variedades con resistencia a enfermedades. Esta colección se ha realizado en el fondo genético recurrente Piel de sapo, variedad inodorus, utilizando como parental donante Songwhan Charmi, variedad chinensis del grupo conomon. Por ahora no existe ninguna población de este tipo en otro fondo genético de interés comercial, como el fondo genético cantalupensis. Además, existe mucha variación sin explotar en la especie, especialmente en tipos exóticos singulares con alto azúcar, como los tipos makuwa. En el presente trabajo se ha llevado a cabo el inicio del desarrollo de una colección de líneas de introgresión en el fondo genético del cultivar Vedrantais, tipo Charentais, perteneciente a la variedad botánica cantalupensis, de interés comercial y utilizando como parental donante la variedad Ginsen Makuwa, tipo makuwa, variedad conomon, con un alto contenido en azúcares. La población de partida de esta investigación fueron 404 plantas pertenecientes a la segunda generación de retrocruzamiento (BC2) con el parental recurrente Vedrantais. Esta población se genotipó con 102 marcadores tipo SNP, polimórficos entre ambos parentales y distribuidos por todo el genoma, mediante la plataforma de genotipado Sequenom. Del total de la población se preseleccionaron 85 individuos que se utilizaron para formar la nueva generación BC3, retrocruzando con el parental Vedrantais. Esta población estaba formada por 363 individuos, la cual se volvió a genotipar con el mismo set de marcadores utilizando la plataforma de genotipado Sequenom. Tras este genotipado se seleccionaron 103 plantas BC3 con menos de 4 introgresiones por planta. Estas plantas se trasplantaron en un invernadero y se obtuvieron frutos BC3, los cuales se fenotiparon exhaustivamente. Este genotipado y fenotipado de la población BC3 sirvió para poder realizar un análisis de QTLs mediante el programa Windows Cartographer 2, el cual reveló QTLs que afectaban al tamaño de la cavidad del fruto (grupo de ligamiento 1 y 5), a la forma del fruto (LG 2, 8, 11 y 5), a la firmeza a la carne (LG 7), al color de la carne del fruto (LG 9), al contenido en sólidos solubles (LG1 y 3), al contenido en ácidos orgánicos (ácido cítrico (LG1), ácido málico (LG 8 y 11) y al contenido en azúcares (glucosa (LG 11 y fructosa (LG 5)). Por otro lado, también se realizó una comprobación de efectos en los caracteres de la BC3 en los que se encontraron valores de LOD superiores a 3,5, lo que indica una alta probabilidad de que exista un QTL en la zona, y que sin embargo fueron inferiores al valor umbral calculado por el programa. Para ello se realizó un análisis de la varianza, para determinar la existencia de diferencias significativas entre las medias de las líneas con intregresiones y sin introgresiones en cada una de las regiones candidatas analizando los marcadores más cercanos al pico LOD. De esta forma se identificaron QTLs que afectaban al número de flores femeninas (LG 10), a la longitud y anchura del fruto (LG 1 y 12) y al contenido en sólidos solubles (LG10). Otro de los objetivos perseguidos ha sido la validación de los SNPs analizados por Sequenom utilizando la tecnología HRM para facilitar su validación manual. Los resultados han sido satisfactorios ya que considerando únicamente aquellos marcadores que sí funcionaron en ambas tecnologías (73 marcadores) el porcentaje de genotipos coincidentes con ambas técnicas fue del 89% lo que confirma la utilidad de esta técnica para sucesivos análisis. La estrategia empleada ha permitido en dos generaciones de selección reducir del 9 % al 2,7 % el genoma donante, obteniendo una generación BC3 con líneas mayoritariamente con entre 1 y 4 introgresiones de más de un marcador y que ya son adecuadas para autofecundar y desarrollar líneas fijadas en las mismas. El éxito obtenido en el desarrollo de esta población BC3 se debe a la disponibilidad de poblaciones adecuadas (BC2 y BC3) y a las técnicas de genotipado en BC2 de un alto número de individuos. La población estudiada ha sido de interés para una identificación preliminar de estas regiones que afectan a la calidad del melón y tienen una gran influencia ambiental, pero sólo se ha podido estudiar aquellas zonas cuyo efecto se detecta en heterocigosis, el estudio se completará en las siguientes generaciones tras la fijación de las introgresiones heterocigotas ya que al tener las introgresiones en homocigosis se podrán estudiar en distintos ambientes. Además proporcionará líneas de premejora fijadas.