Filogènia i variabilitat genètica de les varietats tradicionals de tomàquet (Solanum lycopersicum L.) Montserrat/Pera de Girona i Penjar: estratègies per a la millora de la seva qualitat organolèptica

Abstract

Tomato landraces are highly appreciated by consumers in the market. The main reasons are the presumed superior organoleptic quality with respect to modern cultivars, as well as the widespread perception that landraces are original varieties with unique agromorphologic characteristics. Nevertheless the amount of intravarietal genetic variability and its effect on important economic characters is unknown. With the aim to understand the attributes that singularize each variety and to design strategies to boost them on quality markets, a complete characterization of catalan landraces Montserrat, Pera de Girona and Penjar has been conducted. A previous survey of more than 200 accessions allowed us to select representatives of the intravarietal genetic variability of each landrace. Selected accessions were studied on an agromorphological, chemical, sensory (a sensory panel has been trained with this purpose) and molecular (AFLP) basis. Results show that while each landrace has unique traits that differentiate them from others, there is a great heterogeneity within landrace for all the traits recorded. Montserrat and Pera de Girona can be separated only using external fruit morphology traits. A great intra-varietal heterogeneity and overlapping among accessions of both landraces exists for the remain agronomic, morphologic and organoleptic traits (each landrace has not a distinctive sensory profile). Furthermore both varieties have the same genetic background, and the wide variation observed is based on narrow genetic diversity. Penjar landrace is characterized solely by its long shelf life and the small sized fruits. For the remaining characters (including molecular data) intra-varietal diversity is very large. Long shelf life is due to the presence of the ripening mutant alcobaça (alc) (replacement of thymine by adenine in position 317 of the coding sequence of the NAC.NOR gene) in combination with the reduced size of the fruit. The great heterogeneity for sensory attributes among accessions of the same landrace restricts its consolidation on quality vegetable markets. For this reason a breeding program has been conducted in order to obtain pure lines that combine good organoleptic and agronomic characteristics with the unique fruit morphology of each landrace. Breeding lines Punxa (Penjar variety), Sant Jeroni (Montserrat) and Montgrí (Pera de Girona) have been obtained with this approach. Moreover we have studied the effect of postharvest on Penjar tomato aroma, which is a determinant attribute for consumer acceptance. Through sensory analysis we have identified that the dominant aroma of this variety, described as sharp-floral, increases in the early stages of postharvest, reaching its maximum at 2 months. Absence of cis-3-hexanal and the rearrangement of the relative concentrations among volatiles with high impact on tomato aroma would be responsible for this particular behavior. In conclusion, the studies presented in this thesis show that intra-varietal genetic diversity existing in catalan tomato landraces affects almost all traits, both sensory and agromorphological. This high variability within landrace for sensory attributes threatens the success that those varieties have among consumers, so different strategies have been developed in order to improve the genetic and environmental components affecting organoleptic quality of Montserrat, Pera de Girona and Penjar landraces.

Les varietats tradicionals de tomàquet són ben valorades pels consumidors en el mercat. Això es deu a la seva suposada superior qualitat organolèptica respecte les varietats modernes, així com a la percepció generalitzada de que es tracta de materials originals i que presenten unes característiques agromorfològiques úniques. No obstant es desconeix la variabilitat genètica existent en les poblacions cultivades i el seu efecte sobre els caràcters d’interès econòmic. Amb l’objectiu de conèixer els caràcters que singularitzen aquestes varietats i dissenyar estratègies que les impulsin en els mercats de qualitat, s’ha desenvolupat un estudi de tres varietats tradicionals catalanes: Montserrat, Pera de Girona i Penjar. Partint de les dades d’una caracterització prèvia de més de 200 entrades, s’han seleccionat representants de la variabilitat genètica intra-varietal de cada varietat. Aquestes entrades s’han avaluat per caràcters agromorfològics, químics, sensorials (s’ha entrenat un panel de tast amb aquest objectiu) i pel fons genètic (AFLP).

Els resultats mostren que tot i que cada varietat tradicional presenta uns trets singulars que la diferencien de les altres, existeix una gran heterogeneïtat intra-varietal pel conjunt de caràcters estudiats. Les varietats Montserrat i Pera de Girona es distingeixen únicament per la morfologia externa del fruit, existint una gran variabilitat intra-varietal i un solapament entre ambdues per la resta de caràcters agronòmics, morfològics i sensorials (cada varietat no té un perfil sensorial distintiu). A més ambdues varietats no es separen per fons genètic, sostenint-se la gran variabilitat agromorfològica i sensorial observada en una diversitat genètica reduïda. La varietat Penjar es caracteritza únicament per la llarga conservació i la mida reduïda del fruit, doncs pels altres caràcters (incloent dades moleculars) la variabilitat intra-varietal és molt elevada. La llarga conservació d’aquesta varietat es deu a la presència de la mutació alcobaça (alc) (una substitució de Timina per Adenina a la posició 317 del cds del segon exó del gen NAC.NOR) i a la mida reduïda del fruit.

La gran heterogeneïtat existent per qualitat organolèptica entre els genotips de cada varietat tradicional limita la seva consolidació en els mercats de qualitat. Per aquest motiu s’ha desenvolupat un programa de millora genètica per seleccionar línies que aglutinin bones característiques organolèptiques i agronòmiques, conservant la morfologia del fruit única de cada varietat. Les línies Punxa (varietat Penjar), Sant Jeroni (Montserrat) i Montgrí (Pera de Girona) han estat obtingudes mitjançant aquests programes de millora. Paral•lelament s’ha estudiat l’efecte de la postcollita sobre l’aroma del tomàquet de Penjar, un caràcter determinant en l’acceptació per part dels consumidors. Mitjançant anàlisi sensorial s’ha identificat que l’aroma dominant d’aquesta varietat, descrita com a floral, incrementa en les primeres fases de la postcollita, assolint el seu màxim aromàtic als 2 mesos. L’absència de cis-3-hexanal i las variacions en el ràtio de la concentració entre els diferents volàtils amb impacte sobre l’aroma del tomàquet serien els responsables d’aquest comportament particular.

En conclusió, els estudis que es presenten en aquesta tesi doctoral mostren que la variabilitat genètica intra-varietal existent en les varietats tradicionals afecta a la major part de caràcters, tant agromorfològics com sensorials. L’heterogeneïtat per qualitat organolèptica posa en risc la gran acceptació que tenen les varietats tradicionals entre els consumidors. Per corregir aquesta situació, s’han desenvolupat diferents estratègies per millorar els components genètic i ambiental que afecten a la qualitat organolèptica de les varietats Montserrat, Pera de Girona y Penjar.

Las variedades tradicionales de tomate son bien valoradas por los consumidores en el mercado. Ello es debido a su supuesta superior calidad organoléptica respecto a las variedades modernas, así como a la percepción generalizada de que se trata de materiales originales y que presentan unas características agromorfológicas únicas. No obstante se desconoce la variabilidad genética existente en las poblaciones cultivadas, así como si tiene un efecto sobre los caracteres económicos de interés. Con el objetivo de conocer los caracteres que singularizan estas variedades y diseñar estrategias que las impulsen en los mercados de calidad, se ha desarrollado un estudio de tres variedades tradicionales catalanas: Montserrat, Pera de Girona y Penjar. Partiendo de los datos de una caracterización previa de más de 200 entradas, se han seleccionado representantes de la variabilidad genética intra-varietal de cada variedad. Estas entradas se han caracterizado a nivel agromorfológico, químico, sensorial (se ha entrenado un panel de cata con este objetivo) y molecular (AFLP). Si bien cada variedad tradicional presenta unos rasgos singulares que la diferencian de otras, se observa una gran heterogeneidad dentro de variedad para el conjunto de caracteres estudiados. Las variedades Montserrat y Pera de Girona se distinguen únicamente por la morfología externa del fruto, existiendo una gran variabilidad intra-varietal y un solapamiento entre ambas para el resto de caracteres agronómicos, morfológicos y sensoriales (cada variedad no tiene un perfil sensorial distintivo). Además ambas variedades no se distinguen por fondo genético, y la gran variabilidad observada se sustenta en una diversidad genética baja. La variedad Penjar se caracteriza únicamente por la larga conservación y el tamaño reducido del fruto, pues para el resto de caracteres (incluyendo datos moleculares) la variabilidad intra-varietal es muy elevada. La larga conservación de esta variedad se debe a la presencia de la mutación alcobaça (alc) (una sustitución de Timina por Adenina en la posición 317 del cds del segundo exón del gen NAC.NOR) y al tamaño reducido del fruto. La gran heterogeneidad existente por calidad organoléptica entre los genotipos de cada variedad tradicional limita su consolidación en los mercados de calidad. Por ello se ha desarrollado un programa de mejora genética con el objetivo de seleccionar líneas que aglutinen buenas características organolépticas y agronómicas, conservando la morfología del fruto única de cada variedad. Las líneas Punxa (variedad Penjar), Sant Jeroni (Montserrat) y Montgrí (Pera de Girona) han sido obtenidas mediante estos programas de mejora. Paralelamente se ha estudiado el efecto de la poscosecha sobre el aroma en el tomate de Penjar, un carácter determinante en la aceptación por parte de los consumidores. Mediante análisis sensorial se ha identificado que el aroma dominante en esta variedad, descrito como floral, incrementa en las primeras fases de la poscosecha, llegando al máximo aromático a los 2 meses. La ausencia de cis-3-hexanal y las variaciones en el ratio entre los distintos volátiles con impacto en el aroma del tomate serían los responsables de este comportamiento particular. En conclusión, los estudios que se presentan en esta tesis doctoral muestran que la diversidad genética intravarietal existente en las variedades tradicionales afecta a casi todos los caracteres, tanto agromorfológicos como sensoriales. La heterogeneidad por calidad organoléptica pone en riesgo la gran aceptación que tienen las variedades tradicionales entre los consumidores, por lo que se han desarrollado distintas estrategias para mejorar las componentes genética y ambiental que afectan a la calidad organoléptica en las variedades Montserrat, Pera de Girona y Penjar.