Saturación de mapa genético de melón con marcadores derivados de ests y estudio de qtls implicados en desarrollo del fruto

Resumen

El melón (Cucumis melo L.) pertenece a la familia de las Cucurbitáceas y es una de las especies hortícolas más consumidas en todo el mundo, de la que España es el principal exportador. El desarrollo de marcadores moleculares y construcción de mapas genéticos son herramientas clave en el estudio genómico de cualquier especie y facilitan la identificación de los loci responsables de los caracteres cuantitativos (QTLs), entre los que se incluyen muchos caracteres de importancia agronómica. Muchas especies de cultivo, como el melón, han sufrido una pérdida de variabilidad genética a consecuencia de la domesticación. Sin embargo, el germoplasma exótico constituye una rica fuente de variedad alélica, interesante para su explotación. En un trabajo previo se construyó una genoteca de líneas casi isogénicas (NILs), en las que, en el fondo genético de una variedad comercial 'Piel de Sapo' (PS), se introgresaron segmentos de un genotipo exótico de la accesión coreana 'Songwham Charmi' (SC). Gracias a esta genoteca se pudieron identificar las regiones genómicas implicadas en el control de diversos caracteres. En esta tesis se presenta un conjunto de 123 marcadores SSRs (Short Sequence Repeats) polimórficos, desarrollados a partir de secuencias de ESTs (Expressed Sequence Tags). Utilizando como referencia el mapa genético previamente disponible, se implementó una estrategia, denominada #bin mapping#, que, mediante el genotipado selectivo de los individuos más informativos, permite añadir marcadores a los mapas con una mínima pérdida de resolución y un ahorro considerable de tiempo y dinero. Así, se seleccionaron 14 LDHs (Líneas Doble Haploides) de la población de mapeo original con las que se mapearon 121 nuevos marcadores SSRs, que incluían los EST-SSRs obtenidos en este trabajo y un conjunto de SSRs procedentes de ADN genómico (gSSRs) desarrollados previamente. La posición de 46 loci SSRs fue verificada con la población de mapeo completa, y de esta manera se demostró que el método de bin mapping es adecuado para saturar mapas de densidad media. Finalmente se obtuvo un mapa de bins con 296 marcadores, entre los que se incluían 212 EST- y gSSRs, distribuidos en 122 bins. La longitud media de bin fue de 10.2 cM y la longitud máxima de bin, de 33 cM. Este mapa, con una densisdad de 4.2 cM/marcador o 5.9 cM/SSR, es en la actualidad el más saturado de la especie con marcadores codominantes. Diversos estudios señalan que los híbridos obtenidos del cruzamiento entre variedades de melón presentan frutos más alargados que ambos progenitores, fenómeno que hemos denominado #heterosis de forma#. La base genética de la heterosis todavía no se conoce bien, las hipótesis más extendidas son la complementación por dominancia de alelos de distintos loci, la sobredominancia en un único locus y la epistasia. Dada su elevada heredabilidad y la pronunciada heterosis que presenta, proponemos el estudio de la forma de fruto en melón como modelo de estudio de la base genética de la heterosis. Así, se estudiaron las descendencias de los cruzamientos de varias NILs que presentaban fenotipos contrastados para forma de fruto con el parental PS y de todos los posibles cruzamientos entre ellas. Se encontró que los alelos de QTLs que inducían el alargamiento mostraban dominancia mientras que los que inducían frutos más redondeados eran aditivos o recesivos, y también que las interacciones epistáticas eran poco relevantes. Más del 70% de la heterosis del híbrido se alcanzó combinando sólo dos loci, lo cual indica que la explicación más plausible de la heterosis de forma en este cruce es la complementación por dominancia. Basándonos en la correlación con el número de semillas situadas a lo largo del eje longitudinal, se propone la forma del fruto como carácter reproductivo y se discute la importancia de la heterosis como ventaja adaptativa. La NIL SC4-4 presenta frutos de peso reducido (20-40%) y frutos más redondeados (10-20%) que PS y su genoma sólo se diferencia del de PS en una introgresión del genoma de SC de aproximadamente 50 cM en el grupo de ligamiento IV. Sin embargo, ya que la forma y tamaño de los frutos son caracteres de interés en la mejora del melón, interesa localizar los QTLs con mayor precisión. Para ello, se obtuvieron varias líneas recombinantes con introgresiones fijadas (subNILs), que permitieron romper el ligamiento entre los caracteres peso y forma de los frutos. La posición de los QTLs de peso (fw4.4), longitud (fl4.4) y diámetro (fd4.4) fue fijada en una ventana de 18 cM en el grupo IV, mientras que los QTLs de forma parecen estar situados en el grupo VI, en una zona en la que la SC4-4 presentaba una introgresión del genoma de SC, que hasta ahora no había sido detectada. Uno de los problemas que se ha encontrado en la aplicación de la selección asistida por marcadores a la mejora es la pérdida de los efectos de los QTLs estimados inicialmente, debido fundamentalmente a interacciones entre los alelos de los QTL y del fondo genético receptor (QTLxGB). Por ello, para transferir alelos de QTLs favorables del germoplasma exótico a las variedades comerciales, se hace imprescindible verificar su estabilidad en distintos fondos genéticos. La consistencia de los efectos de los alelos de SC presentes en SC4-4 en el fondo genético de distintas líneas puras comerciales fue estudiada en dos localidades diferentes, encontrando que ni las interacciones con el fondo genético (GxGB) ni las interacciones con el ambiente (GxE) fueron significativas, lo cual pone de manifiesto la estabilidad de los QTLs de peso, longitud y diámetro presentes en SC4-4 y su elevado potencial de aplicación en la mejora de la calidad de fruto de melón.