Fragaria vesca NIL collection: development and genetic characterization of agronomical, nutritional and organoleptic traits.

Abstract

La maduixa silvestre, F. vesca, és una espècie diploid de la família Rosaceae. El seu petit genoma (240 Mb), la seva gran diversitat genètica i la seva elevada col·linealitat amb la maduixa cultivada (Fragaria x ananassa), la fan un model ideal per tota mena de estudis genètics i funcionals. En aquest treball, s’ha volgut contribuir al coneixement profund de la espècie i la seva variabilitat amb l’objectiu de mapar caràcters de interès agronòmic i de qualitat de fruit. Per això s’ha desenvolupat i caracteritzat una eina genètica de elevat valor, la col·lecció de línies casi isogèniques. Aquesta població comprèn 41 línies que permeten mapar caràcters quantitatius (QTL) i gens majors amb una resolució mitja de 14.2 cM. El fenotipat exhaustiu de la col·lecció juntament amb un detallat anàlisi estadístic han permès mapar centenars de QTL amb interès agronòmic, nutricional i organolèptic. Atenen als aspectes agronòmics, es van mapar nou gens majors i set QTL controlant caràcters tan importants com la forma del fruit la producció d’estolons i el període de floració. L’estudi nutricional del fruit madur es va centrar en el seu contingut en polifenols, donat l’elevat poder antioxidant que proporcionen aquests compostos a les baies. Es van identificar i quantificar inequívocament 22 polifenols, incloent-hi antocianines, flavonoles i flavan-3-oles entre d’altres, per als quals es van mapar 49 QTL controlant una important proporció de la variabilitat observada. A més, es van localitzar dos QTL addicionals explicant la capacitat antioxidant total. Els compostos organolèptics que influencien més decisivament la qualitat del fruit són els sucres i els volàtils. En total, cinc QTL van ser mapats per als tres sucres quantificats. En quant als volàtils, més de 100 compostos diferents van ser identificats en la col·lecció i 126 QTL van ser mapats per 81 d’ells. Entre els QTL més significatius trobem alguns metabòlits de gran importància per l’aroma de la maduixa com el methyl 2-aminobenzoat o el mesifurano. L’estudi transcriptomic de les línies d’introgressió que cobreixen regions genètiques amb un alt nombre de QTL per la qualitat del fruit, han revelat una selecció de gens candidats per alguns dels QTL organolèptics i nutricionals més interessants. Aquest treball, profunditza en el coneixement genètic de la maduixa silvestre i aporta noves eines genètiques i nous QTL que poden ser emprats per la millora genètica del cultiu i que obren un gran ventall d’oportunitats per a futurs estudis.

Woodland strawberry, Fragaria vesca, is a diploid species from the Rosaceae familiy. Its small genome (240 Mb), its huge genetic variability and its high degree of colinearity with the cultivated strawberry (Fragaria x ananassa), make it an ideal model to develop genetic and functional studies. This work has the objective of delving into knowledge on the species and its variability and aims to map characters with agronomical interest and involved in fruit quality. Therefore, a highly relevant genetic tool has been developed and characterized, the near isogenic lines collection. This population consists of 41 lines that allow quantitative traits (QTL) and major genes mapping with an average resolution of 14.2 cM. Exhaustive phenotyping of the collection, together with a thorough statistical analysis lead to mapping hundreds of QTL with agronomic, nutritional and organoleptic interest. Attending to agronomical traits, nine major genes and seven QTL were mapped controlling important characters such as fruit shape, runnering and flowering habit. Ripe fruit nutritional study focused on its polyphenolic content, according to the high antioxidant capacity that these compounds bring to berries. Twenty-two (poly)phenols were unambiguously identified and quantified, including anthocyanins, flavonols and flavan-3-ols among others. For which 49 QTL controlling important proportion of the observed variability were mapped. Furthermore, two additional QTL explaining total antioxidant capacity were detected. Organoleptic compounds that influence the most fruit quality are sugars and volatiles. A total of five QTL were mapped for three quantified sugars. Attending to volatiles, more than 100 different compounds were identified in the collection and 126 QTL were mapped for 81 of them. Among the most significant QTL we found some relevant metabolites for strawberry aroma like methyl 2-aminobenzoate and mesifurane. Transcriptomic study of introgression lines covering genetic regions with a high number of QTL for fruit quality has revealed a selection of candidate genes for the most interesting organoletpic and nutritional QTL. This work deepens in the genetic knowledge of woodland strawberry, bringing new genetic tools and QTL useful for strawberry breeding programs and open new perspectives for future studies.