MEJORADEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES DEL TOMATE PARA INDUSTRIA. TESIS DOCTORAL POR: Juan Gragera Facundo Director: Jesús Cuartero Zueco

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1 MEJORADEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES DEL TOMATE PARA INDUSTRIA TESIS DOCTORAL POR: Juan Gragera Facundo Director: Jesús Cuartero Zueco

2 EN EL MUNDO: IMPORTANCIA DEL TOMATE DE INDUSTRIA (MUNDIAL Y EN LA UE) 30 Producción (x 10 6 t) campañas Resto países UE EEUU Producción (x 10 6 t) EN LA UE: Francia Portugal Grecia España Italia cam pañas En España la región productora más importante es Extremadura (Vegas del Guadiana).

3 LOS SÓLIDOS SOLUBLES Y LA CALIDAD DEL TOMATE DE INDUSTRIA USO MAYORITARIO: TOMATE CONCENTRADO Si el contenido en sólidos solubles es bajo: Si el contenido en sólidos solubles es alto:

4 LOS SÓLIDOS SOLUBLES Y LA CALIDAD DEL TOMATE DE INDUSTRIA Composición media de un fruto de tomate fresco Compuestos solubles del tomate fresco sales minerales (10%) sólidos insolubles (2%) sólidos solubles (4%) otros c. orgánicos (10%) agua (94%) ácidos orgánicos (20%) azúcares (60%) El contenido en sólidos solubles se mide en ºBrix: 1ºBrix = índice de refracción de una disolución de sacarosa en agua al 1%. Los cultivares de tomate de industria actuales alcanzan entre 4 y 5,5 ºBrix.

5 PRECEDENTES EN LA MEJORA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES Mejora genética clásica: Líneas con más de 7 ºBrix. No reúnen las características de un cultivar de industria. Mejora genética aplicando técnicas de biología molecular. Hasta la fecha pocos resultados prácticos por: Alta influencia del ambiente sobre el carácter. Interacciones genotipo x ambiente frecuentes. Relaciones desfavorables entre el contenido en sólidos solubles y otros caracteres que requieren un determinado nivel de expresión en los cultivares de industria.

6 REQUISITOS NECESARIOS PARA ACOMETER UN PROGRAMA DE MEJORA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES DEL TOMATE DE INDUSTRIA Fuentes de variabilidad adecuadas. Metodología adecuada para evaluar el carácter. Genética del carácter. Conocimiento concreto del tipo ideal de cultivar que se pretende conseguir. Relaciones genéticas entre el carácter a mejorar y otros que deben alcanzar un determinado nivel en un cultivar de industria.

7 FUENTES DE VARIABILIDAD DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES EN EL GÉNERO Lycopersicon En cultivares de tomate de industria: variabilidad escasa (entre 4,7 y 6,6 ºBrix). En distintas variedades de tomate cultivado: variabilidad moderada (hasta 9,9 ºBrix). En especies silvestres emparentadas con el tomate: alta variabilidad (hasta 16 ºBrix).

8 METODOLOGÍA DE MEDIDA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES Rápida Medida del índice de refracción (ºBrix) Precisa Métodos de análisis de azúcares Cromatográficos: -HPLC -Gases Químicos Bioquímicos (enzimáticos) Suficientemente contrastada Son rápidos y precisos. Requieren poca especialización

9 ESTUDIOS PREVIOS SOBRE LA GENÉTICA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES -Basados en técnicas de genética cuantitativa: Permiten conocer el efecto genético global de los genes que gobiernan el carácter. - Basados en técnicas de biología molecular: Permiten conocer el efecto individual de algunos genes que gobiernan el carácter.

10 GENÉTICA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES La herencia del contenido en sólidos solubles es poligénica.

11 EFECTOS ADITIVOS Dentro de L. esculentum pueden llegar a 1 ºBrix. Dentro del género Lycopersion superan los 2 ºBrix. Frecuentes. EFECTOS DOMINANTES En genotipos de fruto pequeño suelen ser hacia alto contenido en sólidos solubles. EFECTOS DEBIDOS A INTERACCIONES Frecuentes dentro del género Lycopersicon.

12 EL IDEOTIPO DE UN CULTIVAR DE TOMATE DE INDUSTRIA Cuajado Tipo de planta CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES ph Color de fruto Peso de fruto

13 PROBLEMÁTICA DEL DISEÑO DE UN PROGRAMA DE MEJORA CLÁSICA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES EN EL TOMATE DE INDUSTRIA Reconocimiento del genotipo a través del fenotipo Evaluar varias veces cada genotipo y realizar la selección en condiciones similares a las del cultivo comercial. Posibilitar el reagrupamiento de genes de altos sólidos solubles. Ir lentamente hacia la homocigosis 1. Evaluar gran número de plantas 2. Cruzamientos entre hermanos 3. Selección asistida por marcadores Dificultad para eliminar caracteres indeseables Seleccionar los genotipos que reúnan la mejor combinación para varios caracteres.

14 OBJETIVOS Exploración de la posibilidad de obtener, mediante mejora genética, variedades de tomate de industria de alto contenido en sólidos solubles: Caracterizando los posibles parentales a utilizar. Estudiando la herencia del contenido en sólidos solubles, contenido en azúcares solubles, peso de fruto, ph, cuajado, tipo de planta y color del fruto, y la posible relación entre el contenido en sólidos solubles y el resto de caracteres. Desarrollando un programa de mejora adecuado en el que se maximicen las posibilidades de selección y se minimice el efecto ambiental.

15 MATERIAL Y MÉTODOS Material vegetal Parentales Descendencias De caracterización de parentales Ensayos Del estudio de la herencia de los caracteres evaluados Desarrollo del programa de mejora

16 MATERIAL VEGETAL Parentales recurrentes: H-324-1, FM-6203, Peelmech y UC-204. Son líneas puras. En numerosos ensayos llevados a cabo en las Vegas del Guadiana se ha comprobado que todos ellos reúnen: - Buenas características agronómicas - Buena calidad industrial

17 MATERIAL VEGETAL Parentales donantes: Entradas de L. cheesmanii f. minor, que según las fuentes consultadas alcanzan más de 12 ºBrix: Líneas de L. esculentum de alto contenido en sólidos solubles obtenidas por Rick (1974) a partir de un LA-530 y LA cruzamiento entre un antiguo cultivar de industria y una Su aspecto dista mucho del de un tomate cultivado. entrada de L. chmielewskii: Líneas LA-1500, LA-1501 y LA Según las fuentes consultadas alcanzan en torno a 7 LA-530 ºBrix, pero no se pueden considerar cultivares de industria.

18 MATERIAL VEGETAL Descendencias: Recurrentes x líneas esculentum Recurrentes x entradas L. cheesmanii F 1 F 1 F 2 RC 1 (hacia los recurrentes) F 2 RC 1 (hacia los recurrentes) Continuación del programa de mejora (retrocruces, cruzamientos entre hermanos y autofecundaciones)

19 Ensayos de caracterización de parentales y estudio de la herencia de los caracteres evaluados Invierno 1992/1993 Primavera/ verano 1993 Invernadero Aire libre Caracterización de parentales y obtención de F 1. Caracterización de parentales, evaluación de F 1, y obtención de F 2 y RC 1. Invierno 1993/1994 Invernadero Caracterización de parentales, y evaluación de F 1, F 2 y RC 1. Primavera/ verano 1994 Aire libre Caracterización de parentales, y evaluación de F 1, F 2 y RC 1, selección y obtención de cruzamientos para continuar el programa de mejora.

20 DESARROLLO DEL PROGRAMA DE MEJORA 1994 Primer retrocruce (RC 1 ) 1998 civ 2001 civ clones (5 plantas/clon) clones (4 plantas/clon) Selección por ºBrix Selección por BPfrCA Selección por BPfrCA Intercruzamiento (IC 1 ) autofecundación autofecundación civ 2002 civ Selección por ºBrix clones (3 plantas/clon) clones (5 plantas/clon) Selección por BPfrCA Selección por BPfrCA RC 2 esquejes esquejes 1997 c. in vitro (civ) IC 2 IC 3 clones (9 plantas/clon) 2000 civ Selección por ºBrix, clones (3 plantas/clon) peso de fruto y caracteres Selección por BPfrCA agronómicos (BPfrCA) esquejes autofecundación a año 1998 RC 3 a año 2001

21 CARACTERES EVALUADOS Sólidos solubles (ºBrix). Azúcares solubles. ph. Peso del fruto. Cuajado del fruto. Color (intensidad en familias intraespecíficas, tonalidad en familias interespecíficas). Tipo de planta.

22 EVALUACIONES REALIZADAS ADITIVIDAD Y DOMINANCIA EN PARENTALES Y F 1 VARIANZA GENÉTICA Y AMBIENTAL HEREDABILIDAD EN PARENTALES, F 1 Y GENERACIONES SEGREGANTES ADITIVIDAD, DOMINANCIA E INTERACCIONES NÚMERO DE GENES RELACIÓN ENTRE EL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES Y EL RESTO DE CARACTERES

23 RESULTADOS Caracterización de parentales Contenido en sólidos solubles (ºBrix) Modo de herencia de: Contenido en azúcares solubles Peso del fruto Relación entre ºBrix y: ph Cuajado Desarrollo del programa de mejora Tipo de planta Color del fruto

24 CARACTERIZACIÓN DE PARENTALES Sólidos solubles ºBrix LA-530 LA-1627 LA-1500 LA-1501 LA-530 y LA-1627 son muy buenas fuentes de variabilidad para contenido en sólidos solubles. LA-1563 LA-1500, LA-1501 y LA-1563 aportan variabilidad limitada. FM-6203 H Peelmech UC-204

25 CARACTERIZACIÓN DE PARENTALES Azúcares solubles g/100 ml Glucosa Fructosa LA-530 LA-1500 LA-1501 LA-1563 FM-6203 H Peelmech UC-204 Los únicos azúcares detectados fueron glucosa y fructosa, y la proporción relativa de los estos fue igual en todos los parentales. LA-530 presentó el mayor contenido en azúcares solubles.

26 CARACTERIZACIÓN DE PARENTALES ph 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 3,9 4 3,8 LA-530 LA-1500 LA-1501 LA-1563 FM-6203 H Peelmech UC-204 En un programa de mejora en el que se partiese de LA-1500, LA o LA-1563 podría haber dificultades para seleccionar genotipos de bajo ph.

27 CARACTERIZACIÓN DE PARENTALES LA-530 y LA-1627 tienen frutos de color naranja. a/b (escala Hunter) 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 Intensidad de color LA-1500 LA-1501 LA-1563 FM-6203 H Peelmech LA-1500, LA-1501 y LA-1563 tienen escaso potencial de mejora para el color. UC-204 Peso fruto (g) LA-530 0,2 LA ,2 LA ,2 LA ,6 FM ,2 H ,9 Peelmech 64,7 UC ,9 LA-530 y LA-1627 tienen un tipo de planta muy distante del de cualquier tipo de tomatera. El tipo de planta de LA-1500, LA y LA-1563 dista mucho del de una tomatera de un cultivar de industria.

28 CARACTERES FAVORABLES Y DESFAVORABLES APORTADOS POR LOS DONANTES Entradas de L. cheesmannii f. minor Líneas LA-1500, LA-1501 y LA-1563 Sólidos solubles Peso de fruto Tipo de planta Color Sólidos solubles ph Tipo de planta

29 HERENCIA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES (ºBrix). Familias intraespecíficas Resultados del ensayo de parentales y F 1 : P 2 = FM-6203 P 2 = H P 2 = Peelmech P 2 = UC-204 8,5 8,5 8,5 8, ºBrix 7,5 7 6,5 6 ºBrix 7,5 7 6,5 ºBrix 7,5 7 6,5 6 ºBrix 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 P1=LA-1500 P1=LA-1501 P1=LA-1563 P2 F1 P1 6 P2 F1 P1 5,5 P2 F1 P1 Casi siempre se observó aditividad. Ningún recurrente ni ninguna línea destacó por producir híbridos de mayor o menor ºBrix que el resto. 5,5 P2 F1 P1

30 HERENCIA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES (ºBrix). Familias intraespecíficas Resultados de los ensayos en los que intervinieron parentales,, F 1 y F 2 : F2 F1 LA-1563 Media FM Modelo º Brix P 1 = 8,8 m= 7,64 P 2 = 6,5 d= 1,15 F 1 = 6,9 h= -0,79 F 2 = 7,2 p = 0,98 H 2 = 0,64 grupos de ligamiento= F2 F1 LA-1500 H Media º Brix Modelo P 1 = 8,0 m= 6,77 P 2 = 5,8 d= 1, F 1 = 7,0 h= -0,07 F 2 = 6,7 p = < 0,01 H 2 = 0,33 grupos de ligamiento = 1-3 0

31 HERENCIA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES (ºBrix). Familias interespecíficas Parentales y F 1 descendientes de los recurrentes: P 2 = FM-6203 P 2 = H P 2 = Peelmech P 2 = UC-204 ºBrix P1=LA-530 P1=LA-1627 P2 F1 P1 ºBrix P2 F1 P1 ºBrix P2 F1 P1 ºBrix P2 F1 P1 Siempre se observó aditividad.

32 HERENCIA DEL CONTENIDO EN SÓLIDOS SOLUBLES (ºBrix). Familias interespecíficas: Parentales y generaciones segregantes de H (azul) x LA-530 (amarillo) RC1 F2 F1 Parentales º Brix Media Modelo Grupos de ligamiento: P 1 = 14,3 m= 8,83 A partir del P 2 = 6,2 d= 3,97 modelo de medias: 3 a 6 F 1 = 10,3 h= 1,44 Por Sánchez- F 2 = 9,5 i = 1,40 Monge y Jouvé (1985): 8 RC 1 = 8,0 p = 0,42 H 2 = 0,

33 HERENCIA DEL CONTENIDO EN AZÚCARES SOLUBLES. Familias intraespecíficas. Se evaluaron parentales y F 1 de: FM-6203 H Peelmech UC-204 Los únicos azúcares detectados fueron glucosa y fructosa. x LA-1500 LA-1501 LA-1563 Parentales y F 1 de FM-6203 (P 2 ): P 1 = LA-1500: P 1 = LA-1501: P 1 = LA-1563: Glucosa Fructosa 3 2,5 3 2,5 3 2,5 2 1,5 1 Azúcar (g/100 m l) 2 1,5 1 Azúcar (g/100 m l) 2 1,5 1 Azúcar (g/100 m l) 0,5 0,5 0,5 P2 F1 P1 0 P2 F1 P1 0 P2 F1 P1 0

34 HERENCIA DEL CONTENIDO EN AZÚCARES SOLUBLES. Familias interespecíficas Se evaluaron parentales y F 1 de: FM-6203 H Peelmech UC-204 x LA-530 LA-1627 Los únicos azúcares detectados fueron glucosa y fructosa. Parentales y F 1 de H (P 2 ): P 1 = LA-530: Glucosa Fructosa P2 F1 P1 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Azúcar (g/100 ml) P 1 = LA-1627: P2 F1 P1 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Azúcar (g/100 ml)

35 HERENCIA DEL CONTENIDO EN GLUCOSA. Parentales, F 1 y generaciones segregantes de Peelmech x LA-530 : 20 Nº de plantas F2 0 RC1 1,2 2 2,8 3,6 Glucosa (g/100 ml) 4,4 5,2 F1 Peelmech LA-530 Media Modelo Grupos de ligamiento: P 1 = 4,2 m= 3,11 A partir del P 2 = 1,8 d= 1,31 modelo de medias: 2 F 1 = 3,6 h= -1,02 Por Sánchez- F 2 = 3,0 l = 1,51 Monge y Jouvé (1985): 1 ó 2 RC 1 = 2,3 p = 0,49 H 2 = 0,80

36 HERENCIA DEL CONTENIDO EN FRUCTOSA. Parentales, F 1 y generaciones segregantes de Peelmech x LA-530 : Media Modelo P 1 = 4,2 m= 3,18 P 2 = 1,9 d= 1,29 F 1 = 3,5 h= -1,17 Nº de plantas ,2 2 2,8 3,6 Fructosa (g/100 ml) 4,4 5,2 F2 RC1 F1 P2 P1 F 2 = 3,0 l = 1,49 RC 1 = 2,3 p = 0,32 Grupos de ligamiento: A partir del modelo de medias: 2 a 6 Por Sánchez- Monge y Jouvé (1985): 1 ó 2 H 2 = 0,86

37 RELACIÓN ENTRE EL ºBRIX Y EL PESO DEL FRUTO EN LAS FAMILIAS INTERESPECÍFICAS. Ejemplo: F 2 y RC 1 de Peelmech x LA-530 ºBrix y = -1.31Ln(x) (S.E ȧ = 0.10, S.E. b = 0.23) R2 = 0.41 (p < 0.000) n = peso medio del fruto (g) Existe ligamiento entre peso de fruto y sólidos solubles pero se puede romper, al menos parcialmente, y recuperar genotipos con aceptable peso del fruto y altos sólidos solubles.

38 RELACIÓN ENTRE EL ºBRIX Y EL ph. RC 1 DE H x LA y = 3.61x (S.E. a = 0.59, S.E. b = 2.53) R2 = 0.18 (p < 0.000) n = ºBrix ,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 ph

39 RELACIÓN ENTRE EL ºBRIX Y EL TIPO DE PLANTA EN LAS FAMILIAS INTERESPECÍFICAS Familia Peelmech Peelmech x LA-530 : F 2 RC 1 ºBrix ,0 10,4 10,3 9,6 ºBrix ,9 a 8,5 a 7,8 b clase clase En los RC 1 siempre se observó que las plantas más esculentum tuvieron menor ºBrix.

40 RELACIÓN ENTRE EL ºBRIX Y EL COLOR DEL FRUTO EN LAS FAMILIAS INTERESPECÍFICAS. Familia H x LA-530 : F 2 RC 1 ºBrix ,4 9,7 1 2 ºBrix ,8 b 8,8 a 1 2 clase clase Las plantas de fruto naranja solían presentar mayor ºBrix que las plantas de frutos color rojo, aunque eran frecuentes las plantas de fruto rojo y alto ºBrix

41 DESARROLLO DEL PROGRAMA DE MEJORA n o de ºBrix ± error (ºBrix de Peso de ph Producción Tipo planta (1=cheesm., 4 plantas UC-204) fruto(g) (kg/planta) = esc.) RC 1 (1994) 57 8,1 ± 1,1 (6,2) 20,7 4,3-3,3 RC 1 sel.(1994) 4 10,3 ± 0,7 (6,2) 18,3 4,1 - - IC 1 (1995) 166 6,9 ± 0,8 (4,6) 28,3 4,2 - - IC 1 sel. (1995) 5 8,5 ± 0,9 (4,6) 17,3 4,4 - - RC 2 (1997) 54 5,7 ± 0,4 (4,9) 46,1 4,0 6,6 - RC 2 sel.(1997) 10 6,2 ± 0,2 (4,9) 38,1 4,0 7,3 - (1998) 146 5,9 ± 0,8 (4,6) 32,1 4,2 3,1 - sel.(1998) 10 6,7 ± 0,2 (4,6) 32,7 4,1 4,1 - (1999) 169 6,4 ± 0,8 (4,9) 48,8 4,3-2,2 sel.(1999) 19 7,0 ± 0,7 (4,9) 53,3 4,2-2,7 IC 2 (2000) 79 7,2 ± 0,8 (4,8) 41, ,7 IC 2 sel. (2000) 4 8,2 ± 0,5 (4,8) 40, ,6 RC 3 (2001) 166 4,9 ± 0,3 (4,3) 71,8 4,2 12,7 4,0 RC 3 sel.(2001) 19 5,5 ± 0,1 (4,3) 63,3 4,2 12,5 4,0 (2002) 198 5,4 ± 0,1 (4,9) 78,2(82,7) 4,1(4,1) -(8,5) 4,0 sel.(2002) 9 6,8 ± 0,2 (4,9) 62,5(82,7) 4,2(4,1) 14,0(8,5) 4,0

42 RESULTADOS DE LA MEJORA EN UC-204 x LA-530 (PLANTAS)

43 RESULTADOS DE LA MEJORA EN UC-204 x LA-530 (FRUTOS) UC-204 4,9 ºBrix 22 8,1 ºBrix 64 6,8 ºBrix 125 6,2 ºBrix 56 6,9 ºBrix 83 6,3 ºBrix 169 7,5 ºBrix LA ,7 ºBrix 58 6,9 ºBrix 117 6,2 ºBrix 174 6,3 ºBrix

44 Conclusiones Generales 1.- Los cruzamientos intraespecíficos estudiados aportaron una variabilidad limitada para contenido en sólidos solubles. Esto unido a la transmisión hereditaria de alto ph y tipo de planta inadecuado por parte de las líneas "LA- 1500", "LA-1501" y "LA-1563", dificultaría la mejora del contenido en sólidos solubles a partir de este tipo de cruzamientos. 2.- Los cruzamientos interespecíficos estudiados permitieron comprobar que las entradas de L. cheesmanii f. minor "LA-530" y "LA-1627" son excelentes fuentes de variabilidad para contenido en sólidos solubles, midiéndose valores de la aditividad de en torno a 4 ºBrix, aunque tanto la dominancia hacia bajo contenido en sólidos solubles como las interacciones jugaron su papel en la herencia del carácter.

45 Conclusiones Generales (continuación) 3.- El color y el peso del fruto, y el tipo de planta de "LA-530" y "LA-1627" estaban muy alejados del ideotipo de un cultivar de industria y en los cruzamientos interespecíficos se observó que los tres caracteres estaban desfavorablemente relacionados con el contenido en sólidos solubles. 4.- Se detectó herencia monogénica dominante hacia color de fruto naranja; también se pudo comprobar que tanto la aditividad, como la dominancia hacia bajo peso y las interacciones interalélicas regían la herencia del peso del fruto, y que la herencia del tipo de planta era poligénica y aproximadamente intermedia..

46 Conclusiones Generales (continuación) 5.- En todos los genotipos analizados la proporción glucosa/fructosa se mantuvo constante, indicando la falta de variabilidad para esta proporción en todos los parentales de partida y consecuentemente la falta de interés práctico del análisis de glucosa y fructosa en un programa de mejora del contenido en sólidos solubles en el que se partiese de los cruzamientos estudiados. 6.- Si se quiere obtener un valor fenotípico que refleje fielmente el valor genotípico del contenido en sólidos solubles, es necesario evaluar varias plantas del mismo genotipo. La obtención de varias plantas por genotipo se consigue de un modo fácil y rápido mediante cultivo in vitro.

47 Conclusiones Generales (continuación) 7.- Con el programa de mejora aplicado, intercalando retrocruzamientos con intercruzamientos a partir de un cruzamiento interespecífico, se lograron obtener plantas con fenotipo vegetativo de cultivar de industria, elevada producción de fruto, ph por debajo del exigido por la industria del concentrado, tamaño de fruto aceptable para recolección mecánica, y un 30% más de ºBrix que el cultivar de partida.