Study and exploitation of varietal diversity for agroclimatic adaptation and nutritional content improvement in Capsicum spp.

• Main Author: Pereira Dias, Leandro
• Other Authors: Fita Fernández, Ana María
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2021
• Subjects: Variedades tradicionales españolas; Genotyping-by-sequencing; Fenómica; Tomato Analyzer; Bajos insumos; Stress abiótico; Cambio climático; Contenido nutricional; Condiciones de cultivos; SSRs; Fenotipado; Genotipado; SNPs; Recursos fitogenéticos; Germoplasma; Polinización abierta; IPGRI; Diversidad; Vitamina C; Minerales; Fósforo; GENETICA
• Online Access: http://hdl.handle.net/10251/134055

[ES] Hemos utilizado descriptores convencionales y digitales para caracterizar germoplasma español, con el fin de evaluar la variabilidad y probar la eficiencia de esos métodos para diferenciar los materiales. Los resultados muestran gran diversidad dentro de la colección. Además, el fenotipado digital fue capaz de proporcionar una separación más potente. Finalmente, se seleccionó un subconjunto 17 descriptores capaz de distinguir entre accesiones, explicando el 81.81% de la varianza total. Los rasgos del fruto son los más relevantes para la separación entre variedades. Estos hallazgos serán útiles para la recuperación de las variedades tradicionales y el manejo del germoplasma. Las variedades tradicionales más apreciadas de México poseen una aptitud extraordinaria para ser usados como materiales de pre-mejora. Por lo tanto, nos propusimos estudiar la diversidad fenotípica y genotípica de estos materiales, así como el efecto de la polinización abierta en la fijación de las características. La caracterización morfológica y genética de la progenie mostró niveles similares de uniformidad y heterocigocidad a aquellos mostrados por las líneas parentales, sugiriendo que el sistema de reproducción por polinización abierta es eficiente en términos de alcanzar uniformidad agronómica, preservando un cierto grado de diversidad genética. Los estudios genéticos del germoplasma aportan información de gran utilidad. Se utilizó el GBS para estudiar una colección de Capsicum spp. española con el fin de arrojar luz sobre las relaciones filogenéticas de las variedades locales y evaluar su diversidad. Las accesiones europeas mostraron estar estrechamente relacionadas. Además, el origen y tipo de fruto fueron los principales factores que determinaron estructura genética. Los estudios de filogenia también mostraron una estrecha relación entre las accesiones española y mexicana. Los valores Tajima D fueron consistentes con selección positiva en los grupos de C. annuum relacionados con la domesticación. C. baccatum surge como una importante fuente de variabilidad genética y proporcionando a los investigadores la oportunidad de seleccionar individuos para ser introducidos en programas de mejora para el contenido en compuestos bioactivos y resilientes a las condiciones del cambio climático. Por ello, decidimos caracterizar una colección de C. baccatum y C. annuum. Se observó una gran influencia del sistema de cultivo sobre el contenido nutricional donde las concentraciones vieron favorecidas bajo cultivo al aire libre. Asimismo, las accesiones control de C. annuum mostraron concentraciones superiores para la mayoría de compuestos para los dos ambientes. Por otro lado, la buena respuesta C. baccatum demuestra que existe la posibilidad de mejorar estos materiales bajo las condiciones mediterráneas y un alto contenido en compuestos bioactivos. Por último, bajo nuestras condiciones, una ración de pimiento puede aportar entre un 70% y un 120% de la dosis diaria recomendada de ácido ascórbico y entre un 10% y un 60% de la dosis recomendada de minerales. La mejora de las variedades de pimiento para la absorción y uso del fósforo es de suma importancia en la tarea actual de reducir significativamente la necesidad de fertilizantes. El objetivo de este trabajo fue caracterizar una colección de pimiento frente a bajos insumos de fósforo. En general, las condiciones de estrés condujeron a una reducción significativa de la biomasa. Además, el tratamiento de bajo fósforo estimuló el desarrollo de la raíz lateral y pelos radiculares. Además, la concentración de fósforo en los tejidos vegetales disminuyó significativamente. Esta respuesta fue notoriamente superior en las raíces, mostrando la capacidad de movilizar el fósforo hacia otros órganos. Esto proporciona evidencias de la existencia de variabilidad dentro de Capsicum para la eficiencia del uso del fósforo susceptible de ser utilizada en lo === [CAT] Hem utilitzat descriptors convencionals i digitals per a caracteritzar una col·lecció de varietats espanyoles, amb la finalitat d'avaluar la variabilitat i provar l'eficiència d'aqueixos mètodes per a diferenciar els materials. Els resultats mostren una gran diversitat dins de la col·lecció. A més, el fenotipat digital va permetre una separació més potent. Finalment, es va seleccionar un subconjunt de 17 descriptors digitals per a distingir entre accessions, explicant el 81.81% de la variància total. Els trets del fruit són els més rellevants per a la separació entre varietats. Aquestes troballes seran útils per a la recuperació de les varietats tradicionals i el maneig del germoplasma. Moltes de les varietats tradicionals més benvolgudes es poden trobar a Mèxic y posseeixen una aptitud extraordinària per a ser usats com a materials de pre-millora. Per tant, ens vam proposar estudiar la diversitat fenotípica i genotípica d'aquests materials, així com l'efecte de la pol·linització oberta en la fixació de les característiques morfològiques i en la fixació genètica. La caracterització morfològica y genètica va mostrar nivells similars d'uniformitat de la progènie a aquells mostrats per les línies parentals, sugerint que la reproducció de pol·linització oberta és eficient en termes d'aconseguir uniformitat agronòmica i alhora preservant un cert grau de diversitat genètica, un fet d'enorme rellevància per a l'adaptació a les condicions de canvi climàtic. Els estudis genètics del germoplasma existent aporten informació de gran utilitat. En la present tesi es va utilitzar el GBS per a estudiar una col·lecció de Capsicum spp. amb la finalitat de llançar llum sobre les relacions filogenètiques de les varietats locals i avaluar la seua diversitat i estructura. Les accessions europees estaven estretament relacionades. A més, les característiques dels fruits i l'origen van ser els principals factors que van determinar la l'estructura genètica. Els estudis de filogènia també van mostrar una estreta relació entre les accessions espanyola i mexicana. Els valors del mètode estadístic Tajima D van ser consistents amb la selecció positiva en els grups de C. annuum relacionats amb la domesticació. C. baccatum sorgeix com una important font de variabilitat i proporcionant l'oportunitat de seleccionar individus per a programes de millora per al contingut en compostos bioactius i condicions del canvi climàtic. Ací es va caracteritzar una col·lecció de C. baccatum i C. annuum. Es va observar una gran influència del sistema de cultiu, on les compostos es van veure afavorides baix cultiu a l'aire lliure. C. annuum van mostrar concentracions superiors per a la majoria de compostos. La bona resposta de C. baccatum demostra que existeix la possibilitat de millorar aquests materials de cara a obtindre individus adaptats a les condicions mediterrànies i un alt contingut en compostos bioactius. Per ultime, sota les nostres condicions, una ració de pimentó pot aportar entre un 70% i un 120% de la dosi diària recomanada d'acidifique ascòrbic i entre un 10% i un 60% de la dosi recomanada de minerals. La millora de les varietats de pimentó per a l'absorció i ús del fòsfor és de suma importància en la tasca actual de reduir la necessitat de fertilitzants. L'objectiu va ser caracteritzar una col·lecció de pimentó enfront de baixos inputs de fòsfor. En general, les condicions d'estrés van conduir a una reducció de la biomassa. A més, va estimular el desenvolupament de l'arrel lateral i de pèls radiculars. A més, la concentració de fòsfor en els teixits vegetals va disminuir significativament. Aquesta resposta va ser notòriament superior en les arrels, mostrant la capacitat de mobilitzar el fòsfor acumulat cap a altres òrgans. Això proporciona evidències de l'existència de variabilitat dins de Capsicum per a l'eficiència de l'ús del fòsfor susceptible de ser utilitzada en === [EN] Herein we used conventional and digital descriptors to characterize a collection Spanish landraces in order to assess the diversity and to test the discriminating ability of said methods. A considerable variation was found for the collection. Digital phenotyping enabled a more powerful separation. We conclude by selecting a subset of 17 descriptors which enable to distinguish among closely related C. annuum accessions. Finally, fruit traits explained the highest percentage of variance for our collection. These findings will be useful to the recovery of heirloom peppers and will boost germplasm characterization and management in seed banks. Some of the most known landraces from Mexico encompass a remarkable aptitude to be used as pre-breeding materials. Hence, we studied the phenotypic and genotypic diversity within these materials and the open-pollination effect on the fixation of morphological characteristics and on the genetic fixation. Morphological and genetic analysis of the progeny showed similar or lower levels of genetic and morphological uniformity than those from progenitors, suggesting that open-pollinated program is efficient in terms of reaching enough agronomic uniformity, while preserving a certain degree of genetic diversity, of paramount importance for the adaptation to climate change. Germplasm genetic studies provide vital information. Herein we used GBS to study a Spanish collection of Capsicum spp. to shed light into phylogenetic relationships and to evaluate their diversity and structure. European accessions showed a close relationship. Furthermore, fruit traits and region of origin were the main factors defining population structure. Spanish and Mexican accessions showed a close phylogenetic relationship; Finally, Tajima's D statistic values were consistent with positive selection in the C. annuum clusters related to domestication. These findings provide relevant information on the origin and relationships of Spanish landraces and for future association mapping studies in pepper. C. baccatum represents a remarkable genetic pool that provides opportunity to select superior individuals to be used in breeding programs for improved bioactive compounds content and resilience to climate change materials. Hence, we characterized a collection of C. baccatum and C. annuum materials. Cultivation system had a major effect controlling fruit's nutrient profile. C. annuum controls presented higher concentrations for most compounds under both conditions. The good performance of C. baccatum accessions shows that there are opportunities to breed materials adapted to the Mediterranean conditions and with interesting properties, especially under open-field conditions. Finally, under our conditions, a serving of pepper cultivated could provide between 70% and 120% of the recommended dietary allowance for ascorbic acid and between 10% and 60% for minerals. Improving pepper varieties for their uptake and use of phosphorus would significantly reduce the need for fertilizer applications. Hence, we characterized the main adaptations, of a Capsicum spp. collection, to low phosphorus inputs. Overall, stress conditions lead to significant reduction of biomass. Stress treatment stimulated lateral root length and root hairs growth. Furthermore, concentration of this mineral in plant tissues decreased significantly. This response was notoriously higher in the roots, demonstrating a high ability to mobilise accumulated phosphorus to other plant organs, providing evidence that within the Capsicum genus there is usable variability for phosphorus use efficiency for breeding programs for low input adaptation. === Pereira Dias, L. (2019). Study and exploitation of varietal diversity for agroclimatic adaptation and nutritional content improvement in Capsicum spp [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/134055 === TESIS