Biotechnological tools for genetic plant breeding in tomato: Speed Breeding and Introgression Lines
El tomate cultivado ha sufrido una reducción de su diversidad genética debido a los procesos de domesticación y a la selección dirigida hacia características agronómicamente deseables, lo cual lo hace vulnerable a condiciones adversas y enfermedades. Este escenario se ve agravado por el cambio climá...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir |
| Repositorio: | RIUCV. Repositorio de la Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:riucv.ucv.es:20.500.12466/6720 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/20.500.12466/6720 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | 2417.14 Genética Vegetal 3309 Tecnología de Los Alimentos |
| Sumario: | El tomate cultivado ha sufrido una reducción de su diversidad genética debido a los procesos de domesticación y a la selección dirigida hacia características agronómicamente deseables, lo cual lo hace vulnerable a condiciones adversas y enfermedades. Este escenario se ve agravado por el cambio climático, que incrementa la frecuencia de eventos extremos como sequías, inundaciones y nuevas plagas. Como respuesta, el uso de especies silvestres y la implementación de técnicas como el Speed breeding se presentan como soluciones prometedoras para aumentar la diversidad genética y acelerar el desarrollo de nuevas variedades adaptadas a estos retos. Estas estrategias permiten aprovechar la resistencia inherente de las especies silvestres y combinarla con técnicas avanzadas para crear variedades más resilientes y productivas. El speed breeding es un conjunto de técnicas que permite reducir el ciclo de generación de las plantas mediante la manipulación de factores ambientales como la luz, la temperatura y la humedad entre otros. Esto facilita obtener varias generaciones al a˜no, acelerando los programas de mejora genética. Además, la utilización de líneas de introgresión (ILs), que consisten en la introducción de fragmentos del genoma de especies silvestres en variedades cultivadas, permite aumentar la diversidad genética y mejorar características como la resistencia a plagas y la adaptación a condiciones ambientales extremas. La investigación se llevó a cabo en dos fases principales. En la primera fase, se realizaron una serie de experimentos agronómicos para evaluar diferentes tratamientos con el objetivo de reducir el ciclo de generación del tomate. Se trabajó con cuatro tratamientos principales:(1) el tama˜no de las macetas, (2) el estrés(priming) en frío, (3) estrés hídrico, y (4) suplementación con nutrientes. Estos tratamientos fueron combinados con el rescate de embriones, una técnica bioetanológica que permite recuperar y cultivar embriones que de otro modo no llegarían a desarrollarse debido a barreras genéticas o fisiológicas. En primer lugar, se evaluó el efecto de cinco tama˜nos diferentes de macetas. Los resultados mostraron que el uso de macetas más grandes favorece el desarrollo temprano de las plantas, acelerando la aparición de la primera inflorescencia. Además, se estudió el efecto del priming en frío demostrándose que el primero reduce significativamente el tiempo hasta la floración, especialmente cuando se combina con la suplementación con potasio. Por último, la aplicación de la técnica de rescate de embriones permitió obtener híbridos viables en etapas tempranas del desarrollo, logrando reducir el tiempo de generación en las plantas de tomate hasta alcanzar cuatro ciclos anuales. En la segunda fase del estudio, se desarrollaron las primeras generaciones de líneas de introgresión (ILs) utilizando las especies silvestres Solanum galapagense y S. cheesmaniae cruzándolas con la variedad cultivada ’Moneymaker’. Estas especies fueron seleccionadas debido a su adaptabilidad a condiciones extremas y a su alta producción de compuestos beneficiosos como los azúcares acrílicos y los antioxidantes. Los resultados de la investigación demostraron que la combinación de tratamientos agronómicos con herramientas biotecnológicas, como el rescate de embriones, permite reducir significativamente el ciclo de generación del tomate. El uso de Speed breeding logró reducir el tiempo de generación hasta cuatro ciclos anuales, lo cual representa una mejora considerable en comparación con los métodos tradicionales, que suelen requerir entre seis y nueve meses por generación. Además, el desarrollo de líneas de introgresión utilizando especies silvestres permitió introducir una serie de caracteres deseables en la variedad ’Moneymaker’, tales como resistencia al estrés abiótico, mejora de la eficiencia en el uso de nutrientes, y resistencia a plagas. Las líneas desarrolladas tienen un alto potencial para ser utilizadas en programas de mejora genética, aportando nuevas fuentes de diversidad genética que podrían ser fundamentales para enfrentar los retos actuales y futuros de la producción de tomate. Uno de los aspectos más destacables de esta investigación es la aplicabilidad de los resultados en contextos agronómicos reales. Las técnicas optimizadas de Speed breeding no solo permiten acelerar la mejora genética del tomate, sino que también son potencialmente aplicables a otros cultivos hortícolas que enfrentan problemas similares de adaptación y productividad. Esto podría representar un avance significativo hacia la sostenibilidad agrícola, dado que la reducción de los tiempos de generación también implica una menor utilización de recursos, como agua y energía, y una respuesta más rápida a las necesidades del mercado. Se ha demostrado que la combinación de tratamientos agronómicos (como el uso de macetas de mayor tama˜no y la suplementación con macronutrientes) junto con herramientas biotecnológicas (como el rescate de embriones) reduce de forma efectiva el tiempo de generación del tomate, posibilitando alcanzar hasta cuatro ciclos anuales. El empleo de macetas grandes adelanto la aparición de la primera inflorescencia en un promedio de 7 a 10 días, mientras que la suplementación con potasio, combinada con priming en frío, aceleró aún más la floración. Asimismo, el rescate de embriones permitió obtener plántulas viables en etapas muy tempranas, contribuyendo de manera significativa a acortar el lapso hasta la siguiente generación. Basándose en estos resultados, se estableció un protocolo integral de Speed breeding para aplicar de forma conjunta estas prácticas, lo que llevo al desarrollo de líneas de introgresión (ILs) a partir de especies silvestres de tomate (S. cheesmaniae y S. galapagense). Concretamente, se generaron 23 familias BC2 derivadas de S. cheesmaniae y 15 de S. galapagense, mostrando rasgos prometedores de resistencia a estrés abiótico y una mayor eficiencia en el uso de nutrientes. Este enfoque constituye una estrategia efectiva para incrementar la diversidad genética y mejorar la adaptabilidad de las variedades cultivadas. Este estudio pone de relieve la importancia de integrar métodos biotecnológicos avanzados con técnicas agronómicas tradicionales para acelerar los programas de mejora genética del tomate. Además, subraya el valor de las especies silvestres como fuente de variabilidad genética esencial para enfrentar los desafíos del cambio climático y las crecientes demandas del mercado. En última instancia, el enfoque desarrollado no solo optimiza el tiempo y los recursos en la obtención de nuevas variedades, sino que también representa un paso significativo hacia una agricultura más sostenible. A futuro, se sugiere continuar con la evaluación de las líneas de introgresión desarrolladas bajo condiciones de campo, para determinar su rendimiento en escenarios agronómicos reales. Además, la integración de nuevas tecnologías, como la edición genética mediante CRISPR, podría complementar las estrategias de Speed breeding, permitiendo la introducción dirigida de mutaciones beneficiosas en un tiempo aún más corto. |
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