Aprovechamiento de la diversidad en Solanum L. sección Lycopersicon para la mejora genética de la calidad organoléptica en tomate

Abstract

Many modern tomato cultivars, in general, do not satisfy the organoleptic expectations of the consumers, as among the selection criteria used, the organoleptic quality has not been prioritized. However, the growing disappointment of consumers with this aspect has placed organoleptic quality as an important breeding objective. The present thesis aims to contribute to fulfil this objective, using the natural variability present in the genus Solanum section Lycopersicon to increase the content in compounds involved in the perception by the taste. Initially, a capillary zone electrophoresis method has been optimized, allowing the simultaneous quantification of organic acids such as oxalic, malic and citric acids and sugars such as glucose, fructose and sucrose, which determine, to a greater extent, the taste perception in tomatoes, with limits Of detection below 2 and 25 ¿g ml -1 respectively. Its high automation and reproducibility, as well as its simple sample preparation, running time of less than 20 minutes and a low execution cost, have enables its use in the evaluation of organoleptic quality in tomato germplasm. Next, accessions and non-bred varieties of cultivated tomato of different origins, as well as wild and wild-related entries (Solanum lycopersicum, S. pimpinellifolium, S. habrochaites, S. pennellii and S. peruvianum) have been evaluated in order to detect sources of variability potentially useful in breeding programs. Among the materials evaluated there is great variability and very high contents in compounds responsible for tomato taste. Accessions from the Lycopersicon group have been identified, which include the phylogenetically closest wild species to the crop, which nearly triple the contents of sugars and malic acid and double that of citric acid of the commercial varieties taken as control. These accessions will facilitate breeding programs targeted to balanced increases of taste. Although more phylogenetically distant, two accessions of S. habrochaites, from the Eriopersicon group, with malic and citric acid contents seven and nine times greater than the best of controls have been identified, which may be useful when looking for materials with shades of acidic taste. Finally, since the environment can influence directly or through the interaction of genotype x environment the accumulation of these compounds, a multi-environment study has been developed as a tool to evaluate the real genetic potential of various accessions for the improvement of taste tomato. In this study, we have evaluated clonal replicates in three different environments to more accurately estimate the contribution of the environment, genotype and genotype x environment interaction. The effect of the environment has been estimated from the contribution to the accumulation of these compounds of the photosynthetically active radiation and the temperature, observing that the radiation affects to a greater degree the content in sugars and the temperature to the accumulation of acids. With the predictions of genotypic contribution and genotype x environment interaction, two accessions have been identified, one of S. habrocahites and another of S. pimipinellifolium, which may be interesting as sources of variability to increase taste with acid hue for its high Content of malic and citric acids and their stability. The identification of materials with different accumulation profiles of citric, malic and glutamic acids will also be useful in the study of the regulation of the cycles of tricarboxylic acids and GABA shunt. On the other hand, it has been concluded that in order to take advantage of the intra-population variation it will be necessary to evaluate a large number of plants.

Muchos cultivares modernos de tomate, en general, no satisfacen las expectativas organolépticas de los consumidores, ya que entre los criterios de selección no se ha priorizado la calidad organoléptica. Sin embargo, la creciente decepción de los consumidores con este aspecto ha situado la calidad organoléptica como un importante objetivo de mejora. La presente tesis pretende contribuir al abordaje de este objetivo desde el punto de vista del aprovechamiento de la variabilidad natural presente en el género Solanum sección Lycopersicon para aumentar el contenido en compuestos implicados en la percepción por el gusto. Inicialmente se ha puesto a punto método de electroforesis capilar zonal desarrollado permite cuantificar de forma simultánea ácidos orgánicos como el oxálico, málico y cítrico y azúcares como la glucosa, fructosa y sacarosa que determinan, en mayor medida, la percepción del gusto en tomate con límites de detección inferiores a 2 y 25 ¿g ml-1 respectivamente. Su elevada automatización y reproducibilidad, así como su escasa preparación de muestra, tiempo de carrera inferior a 20 minutos y reducido coste de ejecución, han permitido aplicarlo de forma generalizada en ensayos de evaluación de características de calidad organoléptica en germoplasma de tomate. A continuación, se han evaluado entradas y variedades no mejoradas de tomate cultivado de diferentes orígenes, así como entradas silvestres y de especies silvestres relacionadas (Solanum lycopersicum, S. pimpinellifolium, S. habrochaites, S. pennellii y S. peruvianum) para detectar fuentes de variabilidad potencialmente útiles en la mejora. Entre los materiales recolectados existe gran variabilidad y contenidos muy elevados en compuestos responsables del gusto en tomate. Se han identificado entradas del grupo Lycopersicon, que incluye las especies silvestres filogenéticamente más próximas a la cultivada, que casi triplican los contenidos en azúcares y ácido málico y duplican el de ácido cítrico de las variedades comerciales tomadas como control, lo que facilitará su uso en planes de mejora de la calidad organoléptica que busquen incrementos equilibrados del gusto. Aunque más alejadas filogenéticamente, se han identificado dos entradas de S. habrochaites, del grupo Eriopersicon, con contenidos en ácido málico y cítrico siete y nueve veces mayores que el mejor de los controles, que pueden ser útiles cuando se busque obtener materiales con matices de sabor más ácido. Finalmente, dado que el ambiente puede influir directamente o a través de la interacción del genotipo x ambiente en la acumulación de estos compuestos, se ha desarrollado un estudio multi-ambiente como herramienta de evaluación del potencial genético real de diversas entradas para la mejora del gusto de tomate. En este estudio, se han evaluado réplicas clonales en tres ambientes diferentes para estimar con mayor precisión la contribución del ambiente, el genotipo y la interacción genotipo x ambiente. El efecto del ambiente se ha estimado a partir de la contribución a la acumulación de estos compuestos de la radiación fotosintéticamente activa y la temperatura, observándose que la radiación afecta en mayor grado al contenido en azúcares y la temperatura a la acumulación de ácidos. A partir de las predicciones de contribución genotípica y de interacción genotipo x ambiente se han identificado dos entradas, una de S. habrocahites y otra de S. pimipinellifolium, que pueden ser interesantes como fuentes de variabilidad para incrementar el gusto con matiz ácido por su elevado contenido en ácidos málico y cítrico y por su estabilidad. La identificación de materiales con distinto perfil de acumulación de los ácidos cítrico, málico y glutámico será también útil en el estudio de la regulación de los ciclos de los ácidos tricarboxílicos y del GABA shunt. Por otro lado, se ha puesto de manifiesto la necesidad de evaluar un número el

Molts cultivars comercials de tomata, en general, no satisfan les expectatives organolèptiques dels consumidors, ja que entre els criteris de selecció no s'ha prioritzat la qualitat organolèptica. No obstant això, la creixent decepció dels consumidors ha situat la qualitat organolèptica com un important objectiu de millora. La present tesi pretén contribuir a l'abordatge d'aquest objectiu des del punt de vista de l'aprofitament de la variabilitat natural present en el gènere Solanum secció Lycopersicon per augmentar el contingut en compostos implicats en la percepció pel gust.

Inicialment s'ha posat a punt un mètode d'electroforesi capil·lar zonal que permet quantificar de forma simultània àcids orgànics com l'oxàlic, màlic i cítric i sucres com la glucosa, fructosa i sacarosa que determinen, en major mesura, la percepció del gust en tomata amb límits de detecció inferiors a 2 i 25 mg ml-1 respectivament. La seua elevada automatització i reproductibilitat, així com la seua escassa preparació de mostra, temps de carrera inferior a 20 minuts i reduït cost d'execució, han permès aplicar-lo de forma generalitzada en assajos d'avaluació de característiques de qualitat organolèptica en germoplasma de tomata.

A continuació, s'han avaluat entrades i varietats no millorades de tomata cultivada de diferents orígens, així com entrades silvestres i d'espècies silvestres relacionades (Solanum lycopersicum, S. pimpinellifolium, S. habrochaites, S. pennellii i S. peruvianum) per detectar fonts de variabilitat potencialment útils en la millora. Entre els materials avaluats existix gran variabilitat i continguts molt elevats en compostos responsables del gust en tomata. S'han identificat entrades del grup Lycopersicon, que inclou les espècies silvestres filogenèticament més properes a la conreada, que gairebé tripliquen els continguts en sucres i àcid màlic i dupliquen el d'àcid cítric de les varietats comercials preses com a control, el que facilitarà el seu ús en plans de millora de la qualitat organolèptica que busquen increments equilibrats del gust. Encara que més allunyades filogenèticament, s'han identificat dos entrades de S. habrochaites, del grup Eriopersicon, amb continguts d'àcid màlic i cítric set i nou vegades més grans que el millor dels controls, que poden ser útils quan es busque obtindre materials amb matisos de sabor més àcid. Finalment, atès que l'ambient pot influir directament o a través de la interacció del genotip x ambient en l'acumulació d'aquests compostos, s'ha desenvolupat un estudi multi-ambient com a eina d'avaluació del potencial genètic real de diverses entrades per la millora del gust de la tomata. En aquest estudi, s'han avaluat rèpliques clonals en tres ambients diferents per estimar amb més precisió la contribució de l'ambient, el genotip i la interacció genotip x ambient. L'efecte de l'ambient s'ha estimat a partir de la contribució a l'acumulació d'aquests compostos de la radiació fotosintèticament activa i la temperatura, observant-se que la radiació afecta en major grau al contingut en sucres i la temperatura a l'acumulació d'àcids. A partir de les prediccions de contribució genotípica i d'interacció genotip x ambient s'han identificat dues entrades, una de S. habrocahites i una altra de S. pimipinellifolium, que poden ser interessants com a fonts de variabilitat per incrementar el gust amb matís àcid pel seu elevat contingut en àcids màlic i cítric i per la seua estabilitat. La identificació de materials amb diferent perfil d'acumulació dels àcids cítric, màlic i glutàmic serà també útil en l'estudi de la regulació dels cicles dels àcids tricarboxílics i del GABA shunt. D'altra banda, s'ha posat de manifest la necessitat d'avaluar un nombre elevat de plantes per aprofitar correctament la variació intra-poblacional.