[ES] Actualmente, la reducción y la incertidumbre de las precipitaciones han situado la tolerancia a la sequía como uno de los principales objetivos de la mejora vegetal para la agricultura de secano en España y en toda la región mediterránea. Las raíces han sido la mitad oculta de la investigación vegetal y no han recibido suficiente atención en el pasado. Recientemente, se han desarrollado varios métodos para el fenotipado de raíces. En esta tesis, hemos estudiado el método de rhizoslides para estudiar la arquitectura del sistema radicular (RSA). Este método se probó en una población biparental de cebada de élite, Orria x Plaisant, encontrando diversidad genética y QTL para la mayoría de rasgos. Las líneas extremas para el ángulo de apertura de la raíz (RoA) se probaron posteriormente para la estructura de la raíz en condiciones de campo. Un análisis multifactorial que combinaba los caracteres agronómicos disponibles anteriormente con los dos análisis de raíces encontró una correlación negativa entre el RoA en el estadio de plántula y el peso de mil granos (TKW) en todos los años y localizaciones probados. Para las raíces adultas, una RSA estrecha, compacta, con un crecimiento radicular profuso fue ventajosa para el rendimiento en los ensayos de campo que sufrieron más sequía. Se detectaron algunos QTL para rasgos de raíz en el estadio de plántula y algunos de ellos se localizaron con QTL de rendimiento o rasgos de cosecha relacionados. Estudiar y definir los principales rasgos de la RSA en el estadio de plántula podría ser un posible indicador para predecir el rendimiento agronómico y para seleccionar con antelación genotipos con una mayor capacidad para adquirir agua de las capas de suelo más profundas. Explorar y utilizar la diversidad genética de las variedades antiguas de cebada, que llevaban adaptación a la sequía, podría conducir a plantas más resistentes a la sequía. Las variedades locales de la Colección Española de Cebada son interesantes para la mejora vegetal en España debido a su diversidad genética inexplorada. Se cruzaron dos líneas representativas de esta colección para crear una población de líneas endogámicas recombinantes (RIL), avanzada mediante la metodología de speed breeding. La población se evaluó en cinco experimentos de campo. Los dos más grandes experimentaron sequía (terminal en VED22, severa y prolongada en VED23) durante la temporada. Además, se cuantificaron los rasgos de cobertura vegetal (Área Verde, Índice de Senescencia de la Cosecha, NDVI) en dos ensayos, utilizando imágenes RGB y Greenseeker. El rendimiento en VED23 fue mucho inferior al de VED22. No obstante, esta reducción se atribuyó a componentes del rendimiento determinados más tarde en el ciclo (número de granos por espiga o TKW), más que a los determinados antes, como el número de tallos y espigas. Los rasgos decoberturavegetal fueronpredictivos,en cierta medida, parael rendimiento del grano. Se encontraron 59 QTL, situados a lo largo de todos los cromosomas excepto el 6H, agrupados en 30 regiones. Se detectó una zona de concentración de QTL en el 7H, que correspondía al gen HvFT1. La población SBCC073 x SBCC146 también se sometió a una prueba de partición de biomasa entre raíces y tallos, en plántulas. Estudios previosmostraronuna cantidad diferente de asignación de biomasa en estas dos líneas, con SBCC073 presentando una mayor biomasa de raíz en comparación con SBCC146, que dedicó más recursos de carbono a la parte aérea. Probamos la población RIL y los padres, y encontramos una amplia diversidad genotípica para el peso seco de la raíz, el peso seco del tallo y la relación raíz-tallo (RatioRS). Se detectó un solo QTL para RatioRS, en el cromosoma 5H. Explorando los genes de alta confianza con datos de captura de exoma en la región que rodea el pico del QTL, se identificaron cinco genes con mutaciones de cambiode sentido entreSBCC146 y SBCC073, y expresión diferencial en raíces en comparación con otros órganos.

[CA] Actualment, la reducció i la incertesa de les precipitacions han situat la tolerància a la sequera com un dels principals objectius de la millora vegetal per a l’agricultura de secà a Espanya, i a tota la regió mediterrània. Les arrels han estat la meitat oculta de la recerca vegetal, i no han rebut prou atenció en el passat. Recentment, s’han desenvolupat diversos mètodes per al fenotipatge d’arrels. En aquesta tesi, hem estudiat el mètode del rhizoslides per a estudiar l’arquitectura del sistema radicular (RSA). Aquest mètode es va provar en una població biparental d’ordi d’elit, Orria x Plaisant, trobant diversitat genètica i QTL per a la majoria de trets. Les línies extremes per a l’angle d’obertura de l’arrel (RoA) es van provar posteriorment per a l’estructura de l’arrel en condicions de camp. Una anàlisi multifactorial que combinava els caràcters agronòmics disponibles anteriorment amb les dues anàlisis d’arrels va trobar una correlació negativa entre el RoA en l’estadi de plàntula i el pes de mil grans (TKW) en tots els anys i localitzacions provats. Per a les arrels adultes, una RSA estreta, compacta, amb un creixement radicular profús va ser avantatjosa per al rendiment en els assajos de camp que van patir més sequera. Alguns QTL van ser detectats per a trets d’arrel en l’estadi de plàntula i alguns d’ells es van col·locar amb el rendiment o trets de relacionats amb la collita. Estudiar i definir els principals trets de la RSA en l’estadi de plàntula podria ser un possible indicador per a predir el rendiment agronòmic i per a seleccionar amb antelació genotips amb una major capacitat per a adquirir aigua de les capes de sòl més profundes. Explorar i utilitzar la diversitat genètica de les varietats antigues d’ordi, que portaven adaptació a la sequera, podria conduir a plantes més resistents a la sequera. Les varietats locals de la Col·lecció Espanyola d’Ordi són interessants per a la millora vegetal a Espanya degut a la seva diversitat genètica inexplorada. Dues línies representatives d’aquesta col·lecció van ser creuades per a crear una població de línies endogàmiques recombinants (RIL), avançada mitjançant la metodologia de speed breeding. La població es va avaluar en cinc experiments de camp. Els dos més grans van experimentar sequera (terminal en VED22, severa i prolongada en VED23) durant la temporada. A més, es van quantificar els trets de la coberta vegetal (Àrea Verda, Índex de Senescència del Cultiu, NDVI) en dos assajos, utilitzant imatges RGB i Greenseeker. El rendiment en VED23 va ser molt inferior al de VED22. No obstant això, aquesta reducció es va atribuir a components del rendiment determinats més tard en el cicle (nombre de grans per espiga o TKW), més que als determinats abans, com el nombre de tiges i espigues. Els trets de la coberta vegetal van ser predictius, en certa mesura, per al rendiment del gra. Es van trobar 59 QTL, situats al llarg de tots els cromosomes excepte el 6H, agrupats en 30 regions. Es va detectar una zona de concentració de QTL al 7H, que corresponia al gen HvFT1. La població SBCC073 xSBCC146 també es va provar per a la partició de la biomassa entre arrels i tiges en plàntules. Estudis previs van mostrar diferent quantitat de distribuciódebiomassa en aquestesdueslínies,amb SBCC073 presentant unamajor biomassa radicular en comparació amb SBCC146, que va dedicar més recursos de carboni a la part aèria. Vam provar la població RIL i els parentals, i vam trobar una àmplia diversitat genotípica per al pes sec de l’arrel, el pes sec de la tija i la relació arrel-tija (RatioRS). Es va detectar un sol QTL per a RatioRS, al cromosoma 5H. Explorant els gens d’alta confiança amb dades de captura d’exoma en la regió que envolta el pic del QTL, es van identificar cinc gens amb mutacions de canvi de sentit entre SBCC146 i SBCC073, i expressió diferencial en arrels en comparació amb altres òrgans.

[EN] Currently, rainfall reduction and uncertainty have put drought tolerance at the forefront of plant breeding targets for dryland agriculture in Spain, and in the entire Mediterranean region. Roots have been the hidden half of plant research and have not received enough attention in the past. Recently, several methods for root phenotyping have been developed. In this thesis, we studied the rhizoslides’ method to study root system architecture (RSA). This method was tested in an elite barley biparental population, Orria x Plaisant, finding genetic diversity and QTL for most traits. The extreme lines for root opening angle (RoA) were further tested for root structure in field conditions. A multifactorial analysis combining previously available agronomic characters with the two root analyses found a negative correlation between RoA at seedling stage and thousand kernel weight (TKW) in all years and locations tested. For adult roots, a narrow RSA, compact,with profuseroot growth was advantageous for yield in the field trials that suffered more drought. Some QTL were detected forroot traits at seedlingstage and some ofthem co-located with yield or related harvest traits. Studying and defining main RSA traits at seedling stage could be a potential proxy to predict agronomic performance and to select in advance genotypes with enhanced ability to acquire water from deeper soil layers. Exploring and utilizing the genetic diversity of ancient barley varieties, which carried adaptation to drought could led to more drought resilient plants. Landraces from the Spanish Barley Core Collection are interesting for breeding in Spain due to their untapped genetic diversity. Two lines representative of this collection were crossed to create a recombinant inbred line (RIL) population, advanced using speed breeding methodology. The population was evaluated in five field experiments. The two largest ones experienced drought (terminal in VED22, severe and extended in VED23) during the season. Moreover, canopy traits (Green Area, Crop Senescence Index, NDVI) were quantified in two trials, using RGB pictures and Greenseeker. Yield in VED23 was much lower than in VED22. However, this reduction was attributed to yield components determined later in the cycle (number of grains per spike or TKW), rather than those determined earlier, such as the number of stems and spikes. Canopycover traitswere predictive,to some extent,forgrainyield. Fifty-nine QTL, located along all chromosomes except 6H were found, grouped in 30 regions. A QTL hotspot was detected on 7H, corresponding to the HvFT1 gene. The SBCC073 x SBCC146 population was also tested for biomass partitioning between roots and shoots in seedlings. Previous studies showed different amount of biomass allocation in these two lines, with SBCC073 presenting higher root biomass compared to SBCC146, which devoted more carbon resources to the aerial part. We tested the RIL population and the parents, and found wide genotypic diversity for root dry weight, shoot dry weight and root to shoot ratio (RatioRS). One single QTL was detected for RatioRS, on chromosome 5H. Exploring the high confidence genes with exome capture data in the region surrounding the QTL peak, five genes with missense mutations between SBCC146 and SBCC073, and differential expression in roots compared to other organs, were identified.

Gracias al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades por el contrato predoctoral para la formación de doctores/as FPI2017 (BES-2017-082746) financiada por MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 y por “FSE Invierte en tu futuro”. Gracias por el apoyo económico del proyecto AGL2016-80967-R financiado por MINECO/AEI 10.13039/501100011033 y por FEDER Una manera de hacer Europa. Gracias por el apoyo económico de los proyectos PID2019-111621RB-I00 y PID2022-142116OB-I00 fianciado por (MCIN/AEI) 10.13039/501100011033 y por FEDER Una manera de hacer Europa. Gracias por el apoyo económico del proyecto A08_23R del Gobierno de Aragón.

288 Pags.- Figs.- Tabls. Tesis doctoral Universidad de Lleida, Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Agraria y Alimentaria, realizada en la Estación Experimental de Aula Dei (EEAD-CSIC).

Peer reviewed