Análisis genético y molecular de germoplasma de tomate con introgresión de Solanum habrochaites: mejora de caracteres relacionados con calidad de frutos

Abstract

En los programas de mejora de tomate (Solanum lycopersicum L.) ciertos objetivos se relacionan con caracteres de calidad del fruto. Los mejoradores deben considerar aspectos demandados tanto por productores como por consumidores. Es importante la obtención de líneas que produzcan frutos de aspecto atractivo, sabor deseado, propiedades nutricionales y vida en estantería prolongada. Este último atributo cobra un valor importante porque permite que el producto llegue a los sitios de comercialización sin que se produzcan pérdidas debido al deterioro causado por el tiempo, las distancias y las formas de traslado desde los lugares de cosecha. La aplicación de procesos de mejora genética requiere la existencia de variabilidad genética, y, en el tomate cultivado, esta se ha reducido notablemente como consecuencia de los procesos de domesticación y mejora. Para ampliar la base genética pueden implementarse estrategias que permitan la introgresión de germoplasma de especies silvestres emparentadas. Y luego es necesario evaluar el efecto de estas introgresiones para reconocer el aporte de estas especies y aprovechar su uso en la obtención de materiales para la mejora. Debido a la importancia que fue adquiriendo el cultivo de tomate en NOA se inició un programa de mejora en la Universidad Nacional de Salta en la década de 1990. El objetivo inicial fue incorporar la resistencia del tomate a la polilla (Tuta absoluta Meyrick) una de las principales plagas del tomate. La estrategia se inició con cruzamientos entre Solanum lycopersicum cv. Uco Plata INTA y Solanum habrochaites S. Knapp & D. M. Spooner, y continuó con retrocruzas, cruzas y selección. A lo largo del proceso se obtuvieron genotipos con caracteres agronómicos de interés. Entre estos genotipos se destacó la línea de premejora FCN 93-6-2, que además de resistencia a polilla del tomate evidenció mejora en algunos caracteres de calidad de fruto. Se evaluaron líneas comerciales que contribuyan al aumento del tamaño del fruto y se seleccionó el cv LC 138 (INTA La Consulta – Mendoza). Para avanzar en el proceso de mejora se planteó estimar el grado de introgresión del genoma de Solanum habrochaites en la línea de premejora y efectuar el análisis de las bases genéticas relacionadas con caracteres de calidad de fruto considerando la F1 y F2 del cruzamiento entre FCN 93-6-2 y LC 138. Los objetivos fueron: 1. Caracterizar fenotípicamente las líneas FCN 93-6-2 y LC 138. 2. Evaluar fenotípicamente la F2 obtenida a partir del cruzamiento entre estas líneas para caracteres de calidad de fruto y vida en estantería. 3. Analizar modos de herencia de esos caracteres. 4. Estimar el grado de introgresión del genoma de Solanum habrochaites en FCN 93-6-2 y delimitar las regiones cromosómicas provenientes de la especie silvestre. 5. Evaluar con marcadores moleculares la población segregante F2 e identificar QTLs para caracteres de calidad de fruto. Se observaron diferencias significativas entre los progenitores en el 81,25% de los 32 caracteres fenotípicos analizados: vida en estantería (VE), deshidratación (Dhc, Dha, Dhr), consistencia (Cons) al momento del descarte, peso del fruto (Pf), altura (Alt), diámetro (Diam), forma (For), contenido de sólidos solubles (SS), concentración de licopeno (CLi), pH, color (Col, X, Y, Z, L, a*, b*, Chroma y Hue), dureza (Dur), firmeza de la pulpa (Fir), número de lóculos (Nl), espesor del pericarpio (Ep); y propiedades biomecánicas (Esfuerzo de rotura: Er, Fuerza máxima: Fmax y Módulo de Young: MY). La línea de premejora FCN 93-6-2 duplicó la VE de LC 138, y tuvo frutos de color rojo más intenso, mayor SS, CLi, Dur y menor MY. Mientras que LC 138 presentó valores medios más altos en todas las variables asociadas a tamaño. No se observó efecto de interacción genotipo por año en VE, Pf y Diam. En F1 se detectó heterosis para VE, Col, pH, CLi. En el análisis de F2 el 86% de las heredabilidades estimadas fueron entre moderadas a altas. Se detectó segregación transgresiva para VE, Diam, Col, SS, pH, Ep y Dur respecto a FCN 93-6-2, para b* y Chroma, respecto a LC 138, y para Hue y CLi respecto a ambos progenitores. También se detectaron efectos aditivos positivos de alelos silvestres en variables que estiman el color del fruto y con efectos aditivos negativos en variables asociadas al tamaño (Diam, Alt). Entre las correlaciones genéticas positivas estimadas se destacan las de variables de tamaño (Pf y Diam) con VE. En cuanto a la evaluación molecular, a partir de 167 SSR informativos se observó que FCN 93-6-2, según las distancias estimadas entre SSR probados, posee 56,9 cM (4,57%) introgresados del de genoma de S. habrochaites. Estos SSR delimitaron cuatro introgresiones: tres en el cromosoma 11 con dos en el brazo corto y el otro en el brazo largo y una en un extremo el cromosoma 5. A partir del análisis de la F2, 11 variables se asociaron al menos a un marcador SSR. Se detectaron QTLs para VE, variables relacionadas a este carácter (Dhc y Dhr), Dur, color del fruto a través de algunas variables de espacio color y SS. La localización de varios QTLs para un mismo carácter evidenció aportes diferenciales de estas regiones del genoma en especial en la determinación de VE y SS.The objectives in tomato (Solanum lycopersicum L.) breeding programs are related to fruit quality. Achieving lines that produce fruits with attractive appearance, nutritional properties, and long shelf-life is important. In cultivated tomatoes, genetic variability has been reduced because of domestication and improvement processes. Germplasm introgression strategies from wild relatives may be used to broaden the genetic bases. In the province of Salta, Argentina, a breeding program was initiated at the Universidad Nacional de Salta. The initial objective was to incorporate tomato resistance to tomato leaf miner (Tuta absoluta Meyrick). The strategy began with crosses between Solanum lycopersicum and Solanum habrochaites S. Knapp & D. M. Spooner. Throughout the process, the prebreeding line FCN 93-6-2 was remarkable for its attractive agronomic traits. The next breeding steps was select the cultivar LC 138 as parental genotype to increase fruit size. This thesis aimed to 1) phenotypically characterize the FCN 93-6-2 and LC 138 lines, 2) phenotypically evaluate the F2 (FCN 93-6-23 x LC 138) for fruit quality and shelf-life (SL) traits, 3) analyze the inheritance model of these traits, 4) estimate the level of introgression of Solanum habrochaites into FCN 93-6-2 genome and to delimit chromosomal regions from the wild species, 5) evaluate the F2 with molecular markers for fruit quality QTLs identification. Significant differences between parental lines were found for 81.25% of the traits analyzed: The FCN 93-6-2 line had higher values of SS, CLi and H and double mean value than LC 138 for SL. LC 138 showed the highest means for size variables. No genotype-by-year interaction effects were observed for SL, FW, and D. In F1, heterosis was detected for four variables. A total of 86% of the heritabilities values were moderate to high. Transgressive segregation was detected for SL and other six variables respect to FCN 93-6-2. Wild alleles with positive additive effects on variables related to color variables and with negative additive effects on some size variables were detected. FCN 93-6-2 presents 56.9-cM (4.57%) of S. habrochaites introgression based on 167 SSR tested. A total of four introgressions were defined: three on chromosome 11 and one on chromosome 5. From the F2 analysis QTLs were detected for SL, Dhc, Dhr, H, fruit color and SS. The locations of several QTLs for the same trait showed differential contributions of these genome regions