Aquest article ha estat escrit originalment en castellà. L'hem traduït automàticament per a la vostra comoditat. Tot i que hem fet esforços raonables per a aconseguir una traducció precisa, cap traducció automática és perfecta ni tampoc pretén substituir-ne una d'humana. El text original de l'article en castellà podeu veure'l a Identificación de poligenes asociados a atributos de calidad de fruto mediante líneas casi isogénicas

Recerca i potencials aplicacions

Identificació de poligens associats a atributs de qualitat de fruit mitjançant línies quasi isogèniques

Juan Pablo Fernández Trujillo, Juan Antonio Martínez, Maria C. Bueso, Antonio Alarcón, Noelia Dos-Santos i Javier M. Obando-Ulloa (Equip multidisciplinari de Recerca en Qualitat Postcosecha orientada a Millora Genètica i Biotecnologia - Universitat Politècnica de Cartagena)16/03/2011

16 març 2011

En aquests últims set anys hem estudiat les diferències de qualitat de fruit sobre la base d'una col lecció de línies quasi isogèniques (Nils, near-isogenic lines) de meló (Cucumis melo L.) obtingudes a través de l'encreuament del cultivar espanyol 'Pell de Granota '(PS) i l'accessió exòtica coreana' Shongwan Charmi '[SC (PI161375)] per tal d'identificar els loci de caràcters quantitatius (QTL, Quantitative trait loci) relacionats amb els caràcters de qualitat de fruit de major importància per al consumidor. Aquest treball resumeix alguns dels principals resultats fruit de dues tesis doctorals una ja acabada (J. Obando) i una altra en desenvolupament (N. Dos-Santos).

Assaig sobre camp de juny de 2008.

L'anàlisi de qualitat dels fruits de les NILS de forma sistemàtica (Dos-Santos et al., 2007; Fernández-Trujillo et al., 2005 i 2009) ha permès detectar diferències respecte del PS pel que fa al pes, forma, aspecte del fruit, textura, sabor (contingut de sucres, àcids orgànics i compostos aromàtics volàtils), qualitat nutricional (contingut de vitamina C) i avaluació sensorial (dolçor, sabor, acidesa, amargor, valoració global del fruit) (Tijskens et al. 2009; Moreno et al., 2008; Obando-Ulloa et al., 2009; Obando et al., 2008), el que indica una alta resposta a la selecció, a causa del seu alt valor d'heretabilitat en sentit estricte, la qual cosa a alhora permetre identificar 109 QTLs associats a una millora en els atributs de qualitat en collita i postcollita de fruit, mentre que altres 146 QTLs van tenir un efecte contrari.

Cap estudi anterior havia permès identificar tal nombre de QTLs associats a la qualitat de fruit en meló, i en la majoria de casos rarament s'havien mapejat QTLs associats a aquests atributs de qualitat ni en meló ni en fruits d'interès comercial ni en el seu estat senescents (Obando-Ulloa et al., 2009).

Parental del meló coreà 'Shongwhan Charmi' entrada PI161375 (a l'esq.), I parental del meló 'Pell de Granota' (a la dreta).

L'estudi amb la col·lecció de Nils ha permès també l'aplicació de models estadístics multivariants (Fernández-Trujillo et al., 2005b i 2009), així com nous models de variància biològica aplicada a textura i pèrdua de pes (Tijskens et al., 2009 i 2010).

Des del punt de vista del millorament genètic i de la comercialització en fresc, els QTLs que van presentar un efecte sobre la lluminositat del color de la pell i la polpa, el suc extraïble, l'àrea de la secció longitudinal del fruit sencer i el escripturat de la pell contribuirien a desenvolupar noves línies per satisfer la creixent demanda de fruits de millor qualitat i amb un alt valor nutricional per part dels consumidors (Obando-Ulloa et al., 2009; Obando et al., 2008). D'altra banda, des del punt de vista de la indústria d'elaboració de sucs, begudes o licors o del processament de la polpa, incloent el processament en fresc, els QTLs relacionats amb el suc extraïble per si sol o en combinació amb els caràcters morfològics esmentats anteriorment seran importants depenent de l'ús en particular.

Els QTLs que incrementen l'àrea de la polpa o disminueixen la matriu del fruit podrien ser útils per a desenvolupar fruits destinats al processament mecanitzat ia produir varietats per a la indústria del puré cremogenat

En canvi, els QTLs que incrementen l'àrea de la polpa o disminueixen la matriu del fruit podrien ser útils per a desenvolupar fruits destinats al processament mecanitzat ia produir varietats per a la indústria del puré cremogenat i el fet de desenvolupar una varietat amb major proporció de polpa milloraria la productivitat del processament en fresc o de les conserves. A això també ajudaran els QTLs relacionats amb la forma i el pes que estan servint per millorar la forma arrodonida de les varietats comercials de meló amb la finalitat de modificar la seva aptitud per al transport, el processament, l'acceptació pel consumidor, etc (Obando et al., 2008). Alguns d'aquests QTLs més s'ha vist que tenen una notable interacció amb l'ambient, i per exemple els cultivats en el Camp de Cartagena aquells que presenten certs atributs de qualitat interna (sòlids solubles) major amb relació als cultivats en altres llocs (Eduardo et al., 2007).

D'altra banda, el mapatge dels QTLs va permetre identificar un d'ells en el grup de lligament III, el qual sembla estar relacionat amb el comportament climatèrica, amb efectes possiblement pleiotrópicos sobre la producció dels compostos aromàtics volàtils (Obando-Ulloa et al. , 2008) i de la sensibilitat al dany per fred (Fernández-Trujillo et al., 2007), la qual cosa és de gran utilitat per als fisiòlegs de postcollita per a una millor comprensió tant del comportament climatèrica com del comportament en emmagatzematge refrigerat, la síntesi d'aromes i el vincle entre aquests i l'emissió d'etilè. Mai abans s'havia pogut identificar una línia climatèrica a partir de dues parentals no climatèrics. En la tesi doctoral del Dr Javier Obando, dirigida pel Prof JP Fernández-Trujillo i que va obtenir la màxima qualificació, es van estudiar línies i sublínies amb aquestes característiques (Obando-Ulloa et al., 2010, 2008). A més, aquesta troballa permetria desenvolupar cultivars no-climatèrics amb comportament similar, però aromàtics, els quals podrien usar-se en la indústria del processament en fresc d'una forma més eficient en comptes de barrejar cultivars amb diferent comportament climatèrica, com fins ara es fa a la indústria.

Assaig de duresa de fruit sencer d'una línia gairebé isogènica (SC3-5-12).

El mapatge dels QTLs va permetre identificar un dels atributs de qualitat interna en el grup de lligament III, amb efectes possiblement pleiotrópicos sobre la producció dels compostos aromàtics volàtils i de la sensibilitat al dany per fred

Per primera vegada s'ha pogut mapejar QTLs associats a la presència d'alteracions fisiològiques en precollita, a la collita i postcollita (conservació refrigerada), així com ha permès la identificació d'alteracions noves com el necrosament intern de la placenta de meló i els QTLs associats a aquesta. També s'han identificat QTLs associats a la vitrescencia de meló, un dels seus principals problemes de qualitat interna, així com a la susceptibilitat a certes alteracions fúngiques i fisiològiques d'importància comercial (Fernández-Trujillo et al., 2007 i 2008; Martínez et al ., 2009). En aquest sentit el QTL del climateri sembla induir també major susceptibilitat a la escaldadura, un tipus de dany per fred comú en meló refrigerat.

Aquests treballs també han establert el primer perfil aromàtic dels melons tipus 'Pell de gripau', així com la seva vinculació amb altres cultivars comercials i algun híbrid d'aquest mateix tipus i la seva relació amb la senescència del fruit (Obando-Ulloa, 2008, 2009 i 2010). En aquest estudi s'han mapejat per primera vegada alguns QTLs associats a certs components aromàtics d'aquest tipus de meló.

Finalment, s'ha provat la utilitat d'aquest sistema model de Nils per a estudis de fisiologia i qualitat postcollita i per al mapeig d'altres gens en el futur. Per exemple per demostrar la presència de components dependents i independents de l'acció de l'etilè durant la maduració del meló.

Detall de sobremaduració interna. Línia gairebé isogènica climatèrica SC3-5aB. Aspecte intern.

Els QTLs identificats donen més flexibilitat a les companyies de millora, en cooperació amb la indústria, per a desenvolupar cultivars per a propòsits específics, basant-se en els interessos dels consumidors o per diferenciar productes en un nínxol de mercat específic

En general, els QTLs identificats donen més flexibilitat a les companyies de millora, en cooperació amb la indústria, per a desenvolupar cultivars per a propòsits específics, basant-se en els interessos dels consumidors o per diferenciar productes en un nínxol de mercat específic. També les NILS s'ha vist que són una potent eina com a sistema model de cara a estudis d'horticultura, postcollita, etc (Obando et al., 2007).

Finalment cal esmentar que resultat d'aquestes investigacions ha derivat la tesi doctoral de Javier Obando, que va rebre el premi extraordinari de doctorat 2010 de la Universitat Politècnica de Cartagena, sent la de major puntuació dins la seva àrea i de totes les altres àrees presentades. Aquesta tesi també ocupa un lloc de privilegi per nombre de publicacions dins de la jove però fructífera història de les investigacions agroalimentàries a la nostra universitat.

Buidat en una línia gairebé isogènica de meló.

Agraïments

Aquesta investigació no hauria estat possible sense els nostres col·laboradors a l'IRTA (Jordi García-Mas, Ibán Eduard, Eduard Moreno, Antonio Monforte), la UNEX (Jorge Ruiz), la Universitat Catòlica de Lovaina (Jeroen Lammertyn, Bart Nicolai), la Universitat de Wageningen (Rob Schouten, Pol Tijskens) i en altres centres espanyols i estrangers. El finançament va ser concedida pel Ministeri d'Educació i Ciència (AGL2003-09175-C02-02), Ministeri de Ciència i Innovació (MICINN AGL2010-20858), la Conselleria d'Educació i Cultura de la Regió de Múrcia (BIO-AGR06/02 -0011) i per la Fundació Séneca de la Regió de Múrcia (projectes 00620/PI/04, 05676/PI/07, 11784/PI/09).

Agraïm l'assistència tècnica en laboratori d'Ana Belén Pérez, Manuela Selma, Claudia Miranda, Mohammad-Mahdi Jowkar, Mohammad-Kazem Souri i María José Ferrer. Agraïm al CIFE-Torre Pacheco (Conselleria d'Agricultura, Regió de Múrcia) el maneig del cultiu del meló, a l'SAITA-UPCT l'assistència tècnica en certs anàlisi i als consumidors la seva participació en les proves sensorials. Les llavors de la línia parental de meló PS van ser facilitades per Semillas Fitó SA (Barcelona) i les del conrear 'Nicolau' per Syngenta Seeds SA (Torre Pacheco, Múrcia). L'empresa Plàstics del Segura SL facilitar els liners plàstics. Javier Obando agraeix al Ministeri d'Afers Exteriors seva beca MAE-AECI i Noelia Dos-Santos seva beca FPU-MEC (AP2006-01565).

Bibliografia

- Dos-Santos, N., Obando, J., Ostos, I., Melgarejo, LM, Moreno, E., Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2007. Optimització de l'extracció d'àcids orgànics en polpa liofilitzada de meló i anàlisi per cromatografia líquida d'alta eficiència. Actes del Quart Congrés Virtual Iberoamericà sobre Gestió de Qualitat en Laboratoris. Congrés IV IBEROLAB. Rabasseda, J. Martín de la Hinojosa, MI (coord.), Madrid. Ministeri de Cultura, Pesca i Alimentació, pàg. 203-211. http://www.iberolab.org/opencms/export/sites/Iberolab/comunicaciones/Comunicaciones/documentos_comunicaciones/Requisitos_Tecnicos_0039.pdf

- Eduardo, I., Arús, P., Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP, Obando, J., Martínez, JA, Alarcón, A., Álvarez, JM, van der Knaap, E. 2007. Estimating the genetic architecture of fruit quality traits in melon (Cucumis melo L.) using a Genomic library of near-isogenic lines. J. Amer. Soc Hort. Sci 132: 80-89.

- Fernández-Trujillo, JP, Obando, J., Martínez, JA, Alarcón, A., Eduardo, I., Arús P., Monforte, AJ 2005. Gestió de la qualitat d'experiments amb fruits d'una col·lecció de línies gairebé isogèniques de meló. Actes del Tercer Congrés Virtual Iberoamericà sobre Gestió de Qualitat en Laboratoris. Congrés III IBEROLAB. Atienza, J., Rabasseda, J. (Coord.), Madrid, pàg. 149-158. www.iberolab.org.

- Fernández-Trujillo, JP, Obando, J., Martínez, JA, Alarcón, A., Eduardo, I., Monforte, AJ, Arús, P. 2005b. Statistical Multivariate analysis of melon shape: A case study using near isogenic lines. Acta Hort. 674: 537-544.

- Fernández-Trujillo, JP, Obando, J., Martínez, JA, Alarcón, AL, Eduardo, I., Arús, P., Monforte, AJ 2007. Mapping fruit susceptibility to postharvest Physiological Disorders and decay using a collection of near-isogenic lines of melon. J. Amer. Soc Hort. Sci 132: 739-748.

- Fernández-Trujillo, JP, Obando-Ulloa, JM, Martínez, JA, Moreno, E., García-Mas, J., Monforte, AJ 2008. Climacteric or non-climacteric behavior in melon fruit 2. Linking climacteric pattern and main postharvest Disorders and decay in a setembre of near-isogenic lines. Postharvest Biol Technol. 50: 125-134. http://dx.doi.org/10.1016/j.postharvbio.2008.04.007

- Fernández-Trujillo, JP, Obando-Ulloa, JM, Monforte, AJ, Sanmartín, P., Kessler, M., Bueso, MC 2009. Mètodes estadístics multivariants aplicables a estudis de qualitat postcollita del fruit de meló. Actes del Cinquè Congrés Virtual Iberoamericà sobre Gestió de Qualitat en Laboratoris. Congrés V IBEROLAB. Alsina, I., Martín de la Hinojosa, MI, Hooghuis, H. (Coord.), Madrid, Min Med Amb. Medi Rural i Marí, pàg. 13-21. http://www.iberolab.org/opencms/export/sites/IberolabV/comunicaciones/Comunicaciones/documentos_comunicaciones/Requisitos_Tecnicos_0003.pdf

- Martínez, JA, Jowkar, MM, Obando-Ulloa, JM, Moreno, E., Varó, P., Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2009. Uncommon Disorders and decay in near-isogenic lines of melon and reference cultivars. Hort. Bras. (Brasília) 27 (4): 506-515. http://dx.doi.org/10.1590/S0102-05362009000400017

- Moreno, I., Obando, J., Dos-Santos, N., Fernández-Trujillo, JP, Monforte, AJ, García-Mas, J. 2008. Candidate gens and QTLs for fruit ripening and softening in melon. Theora. Appl. Genet. 116: 589-602. http://dx.doi.org/10.1007/s00122-007-0694-y

- Obando, J., Fernández-Trujillo, JP, Martínez, JA, Alarcón, AL, Eduardo, I., Arús, P., Monforte, AJ 2008. Identification of melon fruit quality quantitative trait loci using near-isogenic lines. J. Amer. Soc Hort. Sci 133: 139-151.

- Obando, J., Moreno, E., Eduardo, I., Dos-Santos, N., Martínez, JA, Alarcón, AL, Arús, P., García-Mas, J., Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2007. Aplicacions pre i postcollita d'una col·lecció de línies gairebé isogèniques de meló. Acta Hort 48: 736-739. http://www.sech07.uclm.es/gestion/pdf/6A03.pdf

- Obando Ulloa, JM 2008. Identificació de quantitative trait loci (QTLs) responsables d'atributs de qualitat de fruit en línies gairebé isogèniques de meló. Tesi doctoral. UPCT, Cartagena. Inèdita.

- Obando-Ulloa, JM, Moreno, E., García-Mas, J., Nicolai, B., Lammertyn, J., Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2008. Climacteric or non-climacteric behavior in melon fruit 1. Aroma volàtils. Postharvest Biol Technol. 49: 27-37. http://dx.doi.org/10.1016/j.postharvbio.2007.11.004

- Obando-Ulloa, JM, Eduardo, I., Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2009. Identification of QTLs relacionats en sugar and organic acid composition in melon using near-isogenic lines. Sci Hort. 121: 425-433. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2009.02.023

- Obando-Ulloa, JM, Nicolai, B., Lammertyn, J., Bueso, MC, Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2009. Aroma volàtils associated with the senescence of climacteric or non-climacteric melon fruit. Postharvest Biol Technol. 52: 146-155. http://dx.doi.org/10.1016/j.postharvbio.2008.11.007

- Obando-Ulloa, JM, Jowkar, MM, Moreno, E., Souri, MK, Martínez, JA, Bueso, MC, Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2009. Discrimination of senescents fruit of climacteric and non-climacteric near-isogenic lines of melon by quality traits. J. Sci Food Agric. 89: 1743-1753. http://dx.doi.org/10.1002/jsfa.3651

- Obando-Ulloa, JM, Ruiz, J., Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2010. Aroma profile of a collection of near-isogenic lines of melon. Food Chem 118: 815-822. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.05.068

- Tijskens, LMM, Dos-Santos, N., Jowkar, MM, Obando, J., Moreno, E., Schouten, RE, Monforte, AJ, Fernández-Trujillo, JP 2009. Postharvest fruit firmness behaviour of near-isogenic lines of melon. Postharvest Biol Technol. 51: 320-326. http://dx.doi.org/10.1016/j.postharvbio.2008.06.001

- Tijskens, LMM, Jacob, S., Schouten, RE, Fernández-Trujillo, JP, Dos-Santos, N., Vangdal, E., Pagán, I., Pérez Pastor, A. 2010. Water loss in horticultural products. Modelling data analysis and Theoretical considerations. Acta Hort. 858: 465-471.