Molecular approaches to characterize and improve abiotic stress tolerance in broccoli and other crops

Chevilly Tena, Sergio

doi:10.4995/Thesis/10251/213681

Riunet Móvil

Molecular approaches to characterize and improve abiotic stress tolerance in broccoli and other crops

dc.contributor.advisor	Mulet Salort, José Miguel	es_ES
dc.contributor.advisor	Yenush, Lynne Paula	es_ES
dc.contributor.author	Chevilly Tena, Sergio	es_ES
dc.date.accessioned	2025-01-13T09:44:24Z
dc.date.available	2025-01-13T09:44:24Z
dc.date.created	2024-11-29
dc.date.issued	2025-01-02	es_ES
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10251/213681
dc.description	Tesis por compendio	es_ES
dc.description.abstract	[ES] El cambio climático ha aumentado la exposición de los cultivos a estreses como la sequía o la salinidad y, por tanto, tiene un impacto negativo en el rendimiento de las plantas y los cultivos en un mundo con una población en aumento en el que la seguridad alimentaria está amenazada. Existe un interés en desarrollar variedades y cultivares con mayor tolerancia a estreses abióticos. Con esta finalidad desarrollamos un abordaje, en cultivos con un alto valor económico y nutricional como brócoli y melón, para identificar rasgos fisiológicos y bioquímicos posiblemente limitantes de estrés abiótico y, por tanto, podrían ser dianas biotecnológicas para mejorar la tolerancia a estrés abiótico o que pueden ser útiles para predecir la tolerancia de variedades no caracterizadas previamente. En la presente tesis, empleamos fisiología y metabolómica para identificar como rasgos distintivos de tolerancia a estrés por sequía en brócoli, la fotosíntesis neta, la eficiencia en el uso del agua, la conductancia estomática, el ácido abscísico, metabolitos relacionados con el metabolismo del azufre y otras moléculas como la urea, el ácido quínico y el ácido glucónico lactona. Por otra parte, en melón encontramos el potencial hídrico y varios aminoácidos como serina, fenilalanina, glicina, isoleucina, asparagina y triptófano como rasgos distintivos entre cultivares tolerantes o sensibles bajo estrés por sequía. Al respecto del estrés salino, identificamos el ratio Na+/K+ como rasgo distintivo tanto para brócoli como para melón mientras que sólo en brócoli, la transpiración y la conductancia estomática como rasgos fisiológicos útiles y, en cuanto a rasgos bioquímicos, hormonas como el ácido abscísico, el ácido jasmónico y el ácido indol-3-acético así como metabolitos del ciclo de Krebs y el contenido total de los relacionados glutatión, cisteína y metionina y prolina, se mostraron como indicadores de respuestas a estrés salino en brócoli. Sin embargo, en melón, encontramos prolina, fenilalanina e histidina como rasgo distintivo de tolerancia a estrés salino. También utilizamos herramientas metabolómicas para identificar que el ácido γ-aminobutírico correlaciona con un mejor sabor del brócoli. Además, dada la importancia del metabolismo del azufre y la tolerancia al estrés, así como su relación con las propiedades nutricionales del brócoli, llevamos a cabo la caracterización de las enzimas serina O-acetiltransferasas de brócoli. La evidencia que encontramos sugiere que las dianas biotecnológicas más prometedoras para mejorar la tolerancia al estrés son los parálogos BoSAT1d y BoSAT3.	es_ES
dc.description.abstract	[CA] El canvi climàtic ha augmentat l'exposició dels cultius a estressos com la sequera o la salinitat i, per tant, té un impacte negatiu en el rendiment de les plantes i els cultius en un món amb una població en augment on la seguretat alimentària està amenaçada . Hi ha un interès a desenvolupar varietats i cultivars amb més tolerància a estressos abiòtics. A aquest efecte desenvolupem un abordatge, en cultius amb un alt valor econòmic i nutricional com ara bròquil i meló, per identificar trets fisiològics i bioquímics possiblement limitants d'estrès abiòtic i, per tant, podrien ser dianes biotecnològiques per millorar la tolerància a estrès abiòtic o que poden ser útils per predir la tolerància de varietats no prèviament caracteritzades. En aquesta tesi, utilitzem fisiologia i metabolòmica per identificar com a trets distintius de tolerància a estrès per sequera en bròquil, la fotosíntesi neta, l'eficiència en l'ús de l'aigua, la conductància estomàtica, l'àcid abscísic, metabòlits relacionats amb el metabolisme del sofre i altres molècules com la urea, l'àcid quínic i l'àcid glucònic lactona. D'altra banda, en meló trobem el potencial hídric i diversos aminoàcids com a serina, fenilalanina, glicina, isoleucina, asparagina i triptòfan com a trets distintius entre cultivars tolerants o sensibles sota estrès per sequera. Pel que fa a l'estrès salí, identifiquem la ràtio Na+/K+ com a tret distintiu tant per a bròquil com per a meló mentre que només en bròquil, la transpiració i la conductància estomàtica com a trets fisiològics útils i, quant a trets bioquímics, hormones com l'àcid abscísic , l'àcid jasmònic i l'àcid indol-3-acètic així com metabòlits del cicle de Krebs i el contingut total dels relacionats glutatió, cisteïna i metionina i prolina, es van mostrar com a indicadors de respostes a estrès salí en bròquil. Tot i això, en meló, trobem prolina, fenilalanina i histidina com a tret distintiu de tolerància a estrès salí. També utilitzem eines metabolòmiques per identificar que l'àcid γ-aminobutíric correlaciona amb un millor sabor del bròquil. A més, atesa la importància del metabolisme del sofre i la tolerància a l'estrès, així com la seva relació amb les propietats nutricionals del bròquil, duem a terme la caracterització dels enzims serina O-acetiltransferases de bròquil. La seva evidència suggereix que les dianes biotecnològiques més prometedores per millorar la tolerància a l'estrès són els paràlegs BoSAT1d i BoSAT3.	es_ES
dc.description.abstract	[EN] Climate change has increased the exposure of crops to stresses like drought and salinity and, thus, it has a negative impact on plant performance and crop yield in a world with an increasing population. This threatens food security. There is an interest in developing new varieties and cultivars of crops with enhanced tolerance to abiotic stresses. With this aim, we developed an approach in crops with high economic and nutritional values, such as broccoli and melon, to identify physiological and biochemical traits that could be limiting factors for abiotic stress and, thus are likely biotechnological targets for improving abiotic stress tolerance or may be useful for predicting tolerance of uncharacterized varieties. In the present thesis, we used physiology and metabolomics to identify as distinctive traits for drought stress tolerance in broccoli, net photosynthesis, water use efficiency, stomatal conductance, abscisic acid, metabolites related to sulfur metabolism and other molecules such as urea, quinic acid and gluconic acid lactone. On the other hand, in melon, we found water potential and several amino acids as serine, phenylalanine, glycine, isoleucine, asparagine and tryptophan to be differential traits among tolerant and sensitive cultivars under drought stress. Regarding salt stress tolerance, we identified Na+/K+ ratios as a distinctive trait for both broccoli and melon whereas in broccoli, but not melon, transpiration, and stomatal conductance were useful physiological traits. Concerning biochemical traits, hormones, such as abscisic acid, jasmonic acid and indole-3-acetic acid, metabolites of the Krebs cycle and total content of the related glutathione, cysteine and methionine and proline proved to be indicative of saline stress responses in broccoli. However, in melon, we found only proline, phenylalanine and histidine as a distinctive trait of salt stress tolerance. We also used metabolomic tools to identify that γ-Aminobutyric acid correlates with a better taste in broccoli. Given the importance of sulfur metabolism in stress tolerance, as well as its link with the nutritional properties of broccoli, we also carried out the characterization of the serine O-acetyltransferase enzymes in broccoli. Among the eight isoforms found in this species, our data suggest that the most promising biotechnological targets for enhancing stress tolerance are the BoSAT1d and the BoSAT3 paralogues.	es_ES
dc.description.sponsorship	I am a recipient of the FPU19/01977 grant from the Spanish Ministerio de Universidades. This work was funded by the RTC-2017-6468-2-AR project (APROXIMACIONES MOLECULARES PARA INCREMENTAR LA TOLERANCIA A SALINIDAD Y SEQUÍA DEL BRÓCOLI) awarded by the “Agencia estatal de Investigación”	es_ES
dc.format.extent	210	es_ES
dc.language	Inglés	es_ES
dc.publisher	Universitat Politècnica de València	es_ES
dc.relation	info:eu-repo/grantAgreement/MIU//FPU19%2F01977/ES/ OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE NUEVAS VARIEDADES BIOTECNOLÓGICAS DE BRÓCOLI TOLERANTES A SALINIDAD Y SEQUÍA./	es_ES
dc.relation	info:eu-repo/grantAgreement/AEI//RTC-2017-6468-2-AR/ES/APROXIMACIONES MOLECULARES PARA INCREMENTAR LA TOLERANCIA A SALINIDAD Y SEQUIA DEL BROCOLI/	es_ES
dc.rights	Reserva de todos los derechos	es_ES
dc.subject	Broccoli	es_ES
dc.subject	Drought stress	es_ES
dc.subject	Plant hormones	es_ES
dc.subject	Essenttial amino acids	es_ES
dc.subject	Primary metabolites	es_ES
dc.subject	Salt stress	es_ES
dc.subject	Molecular markers	es_ES
dc.subject	Metabolomics	es_ES
dc.subject	Crop improvement	es_ES
dc.subject	Krebs cycle	es_ES
dc.subject	Anaplerotic reactions	es_ES
dc.subject	Melon	es_ES
dc.subject	Ion content	es_ES
dc.subject	Consumers	es_ES
dc.subject	Serine acetyltransferase	es_ES
dc.subject	Sulfur metabolism	es_ES
dc.subject	GABA (γ-aminobutyric acid)	es_ES
dc.subject	Cysteine	es_ES
dc.subject.classification	BIOQUIMICA Y BIOLOGIA MOLECULAR	es_ES
dc.title	Molecular approaches to characterize and improve abiotic stress tolerance in broccoli and other crops	es_ES
dc.type	Tesis doctoral	es_ES
dc.identifier.doi	10.4995/Thesis/10251/213681	es_ES
dc.rights.accessRights	Abierto	es_ES
dc.contributor.affiliation	Universitat Politècnica de València. Departamento de Biotecnología - Departament de Biotecnologia	es_ES
dc.description.bibliographicCitation	Chevilly Tena, S. (2024). Molecular approaches to characterize and improve abiotic stress tolerance in broccoli and other crops [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213681	es_ES
dc.description.accrualMethod	TESIS	es_ES
dc.type.version	info:eu-repo/semantics/acceptedVersion	es_ES
dc.relation.pasarela	TESIS\14196	es_ES
dc.contributor.funder	Agencia Estatal de Investigación	es_ES
dc.contributor.funder	Ministerio de Universidades	es_ES
dc.description.compendio	Compendio	es_ES
dc.subject.ods	01.- Erradicar la pobreza en todas sus formas en todo el mundo	es_ES
dc.subject.ods	02.- Poner fin al hambre, conseguir la seguridad alimentaria y una mejor nutrición, y promover la agricultura sostenible	es_ES
dc.subject.ods	03.- Garantizar una vida saludable y promover el bienestar para todos y todas en todas las edades	es_ES
dc.subject.ods	08.- Fomentar el crecimiento económico sostenido, inclusivo y sostenible, el empleo pleno y productivo, y el trabajo decente para todos	es_ES