Bases genéticas y moleculares de la época de floración en almendro

Abstract

Los frutales de clima templado, como el almendro, han desarrollado un mecanismo para asegurar su supervivencia durante el invierno. Este mecanismo es conocido como letargo y se caracteriza por la ausencia de crecimiento activo visible en el árbol. En esta fase, las yemas vegetativas y florales se encuentran protegidas de posibles daños debidos a las bajas temperaturas. La salida del letargo es un carácter dependiente del genotipo y requiere que se satisfagan unas determinadas necesidades de frío que, junto con la posterior acumulación de calor, determinará la época de floración de cada variedad. Cuanto mayores sean las necesidades de frío, más tardía será la floración. Retrasar la época de floración ha sido uno de los principales objetivos en los programas de mejora del almendro y las variedades tardías obtenidas han hecho posible la extensión del cultivo a zonas muy frías, nunca antes consideradas para la producción de almendra. El objetivo de la presente Tesis Doctoral ha sido el análisis de las bases genéticas y moleculares de la salida del letargo y la época de floración en almendro, para identificar marcadores moleculares asociados a estos caracteres agronómicos. La evaluación de la acumulación de frío para la salida del letargo mediante diferentes modelos y la evaluación de la acumulación de calor para florecer en variedades de almendro en condiciones naturales, mostró una mayor precisión del Modelo Dinámico, sobre el Modelo Richardson, sobre todo en los inviernos cálidos. La acumulación de calor para florecer fue mayor en todas las variedades de estudio cuando la acumulación de frío fue menor. Así mismo, se observó una disminución en la productividad de las variedades tardías cuando la acumulación de frío durante el invierno fue insuficiente. El control de la temperatura durante el letargo permitió retrasar la floración de la variedad extra-temprana, y de adelantar su época de maduración. El retraso en la floración de los diferentes tratamientos supuso un retraso proporcional de la época de maduración. En el caso de la variedad ultra-tardía no se consiguió avanzar sustancialmente la floración. El escalonamiento de la floración no tuvo un efecto directo sobre el cuajado y las características del fruto estudiadas. El estudio de genes candidatos asociados a la salida del letargo y la época de floración permitió la caracterización del gen de la peroxidasa 40 (PdP40) como marcador potencial de la salida del letargo. Mediante la secuenciación masiva del transcriptoma (RNA-seq), se han identificado nuevos genes candidatos y otros cuya expresión está asociada a genotipos de almendro tempranos y tardíos. Por último, los resultados del análisis de metilación diferencial de ADN de yemas de flor en distintos estados de letargo, permitió la identificación de genes diferencialmente metilados en yemas de flor en estado de letargo, respecto a yemas activas y genes diferencialmente metilados en yemas del almendro extra-temprano respecto a las del ultra-tardío. Temperate fruit tree species, like almond, have developed a mechanism known as dormancy that ensures their survival during winter. This mechanism is characterized by the absence of visible active growth in the tree. In this phase, vegetative and flower buds are protected from injuries caused by low temperatures. Dormancy release is a genotype-associated character that requires a specific chill accumulation, what followed by heat accumulation determines the flowering time of each cultivar. The higher are the chilling requirements the latest is the flowering time. The delay of flowering time has been one of the main objectives in breeding programs, and late flowering cultivars released make possible the spread of the culture to cold areas, never considered before for almond production. The objective of this Thesis was the analysis of genetic and molecular basis of dormancy release and flowering time in almond, for the identification of molecular markers associated to these agronomical traits. Evaluation of chill accumulation for dormancy release by different models and heat accumulation for flowering, in almond cultivars under natural conditions, showed that for chill accumulation the Dynamic Model was more accurate than Richardson Model, especially during mild winters. Heat accumulation for flowering was higher in all the cultivars studied when chill accumulation was lower. Moreover, a decrease in the productivity of late flowering cultivars was observed when chill accumulation was insufficient. Temperature control during dormancy allowed the delay of flowering time in the extra-early cultivar studied. The delay of flowering time of different treatments led to a proportional delay in the ripening time. However, flowering time could not be substantially advanced with the ultra-late cultivar. Flowering time shift did not affect the fruit set and fruit characteristics studied. The analysis of candidate genes associated to dormancy release and flowering time allowed the identification of the peroxidase 40 gene (PdP40) as a potential marker of dormancy release. By the transcriptome sequencing (RNA-seq) of flower buds during dormancy release new candidate genes associated to dormancy phases and other genes that exhibited early and late cultivar-associated expression patterns were identified. Finally, DNA methylation analysis of flower buds in different dormancy phases allowed the identification of differentially methylated genes in dormant buds versus non-dormant buds and differentially methylated genes in the studied early cultivar flower buds compared to the late cultivar flower buds.