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[ES] La berenjena (Solanum melongena) es una hortaliza muy importante en muchas áreas tropicales y subtropicales del mundo. Es la tercera solanácea más producida a nivel mundial, pero a pesar de su importancia los recursos genéticos y las herramientas biotecnológicas para su investigación no han sido desarrollados lo suficiente. Con la actual situación de cambio climático, muchas de las áreas donde se produce este cultivo están sufriendo modificaciones dramáticas en el ambiente y la climatología. Esto está ocasionando una reducción de los rendimientos de este cultivo que cada vez se ven más afectados por la aparición de nuevas enfermedades, plagas, malezas, pérdida en la fertilidad de los suelos, mayor prevalencia de sequía y salinidad, así como el incremento de las temperaturas. La berenjena se encuentra en una situación de vulnerabilidad ante estos cambios debido a los efectos de cuello de botella genético acontecidos durante su domesticación y a la disponibilidad limitada de recursos genéticos accesibles para su mejora genética. En un primer gran bloque de esta tesis, mediante el uso de especies silvestres relacionadas con la berenjena, se ha iniciado el desarrollo de una colección de líneas de introgresión (ILs). Utilizando tres especies representantes de los tres grupos de germoplasma de la berenjena (S. insanum del germoplasma primario, S. dasyphyllum del germoplasma secundario y S. elaeagnifolium del germoplasma terciario) se ha ampliado el fondo genético de este cultivo. Estas especies, han sido seleccionadas por sus extraordinarias capacidades de adaptación a climas áridos, suelos secos y tolerancia a plagas y enfermedades. Reintroduciendo estos genes en el genoma de la berenjena cultivada hemos desarrollado un conjunto de materiales élite, que ponen a disposición de los investigadores y mejoradores nuevos recursos genéticos para la mejora genética de este cultivo. También hemos desarrollado un modelo experimental (Micro-Mel) a partir de materiales de introgresión con la especie S. anguivi. Este modelo consiste en una berenjena de tipo compacto y crecimiento determinado con floración y cuajado múltiple y puede ayudar a desarrollar experimentos rápidos, así como acelerar los ciclos generacionales en los proyectos de mejora. En otro segundo gran bloque de este trabajo, hemos desarrollado una serie de herramientas biotecnológicas que van a permitir desarrollar otro tipo de investigaciones para la adaptación al cambio climático en berenjena. En primer lugar, frente a la necesidad de un protocolo eficiente de regeneración in vitro para poder llevar a cabo experimentos de transformación y edición genética en la berenjena, se ha desarrollado con éxito un protocolo de alto rendimiento basado en el uso del ribósido de zeatina y que presenta una baja dependencia del factor genotipo. Como resultado derivado de este primer desarrollo, diseñamos otro protocolo para la obtención de organismos poliploides en berenjena sin la necesidad de utilizar agentes antimitóticos para la duplicación de su genoma. Empleando los distintos niveles de ploidía presente en algunos tejidos jóvenes (patrón polisomático) conseguimos desarrollar plantas tetraploides in vitro a través de la regeneración directa a partir de estas células, suponiendo una nueva vía hacia el desarrollo de plantas triploides sin semillas. Finalmente, la última herramienta de apoyo a la mejora de la berenjena que se ha desarrollado en esta tesis doctoral ha sido una herramienta basada en la inteligencia artificial para la identificación de estadios de desarrollo de las células precursoras del polen en retrocruces avanzados con especies silvestres. Con esto se ha conseguido optimizar los protocolos de androgénesis empleados para la producción de plantas dobles haploides, automatizando y haciendo más eficiente la selección de anteras con estadios inducibles y por tanto incrementando la tasa de plantas dobles haploid, [CA] L'albergínia (Solanum melongena) és una hortalissa molt important en moltes zones tropicals i subtropicals del món. És la tercera solanàcia més produïda en l'àmbit mundial, però malgrat la seua importància els recursos genètics i les ferramentes biotecnològiques per a la seua investigació no han sigut desenvolupades el suficient. Amb l'actual situació de canvi climàtic, moltes de les zones on es produeix aquest cultiu estan patint modificacions dramàtiques al seu ambient i climatologia. Açò ocasiona una reducció dels rendiments d'aquest cultiu que cada vegada es veu més afectat per l'aparició de noves malalties, plagues, males herbes, pèrdua de la fertilitat del sol, major prevalença de la sequera i salinitat, així com l'increment de les temperatures. L'albergínia es troba a una situació de vulnerabilitat davant aquests canvis debuts als efectes de l'erosió genètica ocasionats durant la seua domesticació i a la disponibilitat limitada de recursos genètics accessibles per a la seua millora genètica. En un primer gran bloc d'aquesta tesi, mitjançant l'ús d'espècies silvestres relacionades amb l'albergínia, s'ha iniciat el desenvolupament d'una col·lecció de línies de introgressió (ILs). Utilitzant tres espècies representants dels tres grups de germoplasma de l'albergínia (S. insanum del germoplasma primari, S. dasyphyllum del germoplasma secundari i S. elaeagnifolium del germoplasma terciari) s'ha ampliat el fons genètic d'aquest cultiu. Aquestes espècies, han sigut seleccionades per les seues extraordinàries capacitats d'adaptació a climes àrids, sòls secs i tolerància a plagues i malalties. Reintroduint aquests gens en el genoma de l'albergínia cultivada hem desenvolupat un conjunt de materials elit, que posen a la disposició dels investigadors i milloradors nous recursos genètics per a la millora genètica d'aquest cultiu. També hem desenvolupat un model experimental (Micro-Mel) a partir de materials de introgressió amb l'espècie S. anguivi. Aquest model consisteix en una albergínia de tipus compacte i creixement determinat amb floració i quallat múltiple i pot ajudar a desenvolupar experiments ràpids, així com accelerar els cicles generacionals en els projectes de millora. En un altre segon gran bloc d'aquest treball, hem desenvolupat una sèrie d'eines biotecnològiques que permetran desenvolupar un altre tipus d'investigacions per a l'adaptació al canvi climàtic en albergínia. En primer lloc, enfront de la necessitat d'un protocol eficient de regeneració in vitro per a poder dur a terme experiments de transformació i edició genètica en l'albergínia, s'ha desenvolupat amb èxit un protocol d'alt rendiment basat en l'ús del ribòsid de zeatina i que presenta una baixa dependència del factor genotip. Com a resultat derivat d'aquest primer desenvolupament, dissenyem un altre protocol per a l'obtenció d'organismes poliploids en albergínia sense la necessitat d'utilitzar agents antimitòtics per a la duplicació del seu genoma. Emprant els diferents nivells de ploidía present en alguns teixits joves (patró polisomàtic) aconseguim desenvolupar plantes tetraploids in vitro a través de la regeneració directa a partir d'aquestes cèl·lules, suposant una nova via cap al desenvolupament de plantes triploids sense llavors. Finalment, l'última eina de suport a la millora de l'albergínia que s'ha desenvolupat en aquesta tesi doctoral ha sigut una eina basada en la intel·ligència artificial per a la identificació d'estadis de desenvolupament de les cèl·lules precursores del pol·len en retrocreuaments avançats amb espècies silvestres. Amb això s'ha aconseguit optimitzar els protocols d'androgènesi emprats per a la producció de plantes dobles haploids, automatitzant i fent més eficient la selecció d'anteres amb estadis induïbles i per tant incrementant la taxa de plantes dobles haploids produïdes., [EN] Eggplant (Solanum melongena) is a very important vegetable in many tropical and subtropical areas of the world. It is the third most produced Solanaceae in the world, but despite its importance, genetic resources and biotechnological tools for research have not been sufficiently developed. With the current climate change situation, many of the areas where this crop is produced are undergoing dramatic changes in the environment and the weather. This is causing a reduction in the yields of this crop that are increasingly affected by the appearance of new diseases, pests, weeds, loss of soil fertility, greater prevalence of drought and salinity, as well as the increase in temperatures. The eggplant is in a situation of vulnerability to these changes due to the genetic bottleneck effects that occurred during its domestication and the limited availability of accessible genetic resources for its genetic improvement. In a first large block of this thesis, using wild species related to eggplant, the development of a collection of introgression lines (ILs) has been started. Using three species representing the three groups of eggplant germplasm (S. insanum from primary germplasm, S. dasyphyllum from secondary germplasm and S. elaeagnifolium from tertiary germplasm) the genetic background of this crop has been expanded. These species have been selected for their extraordinary capacities to adapt to arid climates, dry soils and tolerance to pests and diseases. By reintroducing these genes into the genome of cultivated eggplant, we have developed a set of elite materials that make new genetic resources available to researchers and breeders for the genetic improvement of this crop. We have also developed an experimental model (Micro-Mel) from introgression materials with the species S. anguivi. This model consists of an eggplant of compact type and determined growth with multiple flowering and fruit set and can help to develop rapid experiments, as well as accelerate generational cycles in improvement projects. In another second large block of this work, we have developed a series of biotechnological tools that will allow the development of other types of research for adaptation to climate change in eggplant. In the first place, in view of the need for an efficient in vitro regeneration protocol to be able to carry out transformation and gene editing experiments in eggplant, a high-throughput protocol based on the use of zeatin riboside and which presents a low dependence on the genotype factor was developed. As a result, derived from this first development, we designed another protocol to obtain polyploid organisms in eggplant without the need to use antimitotic agents for the duplication of their genome. Using the different levels of ploidy present in some young tissues (polysomatic pattern) we managed to develop tetraploid plants in vitro through direct regeneration from these cells, assuming a new path towards the development of triploid seedless plants. Finally, the last tool to support the breeding of eggplant that has been developed in this doctoral thesis has been a tool based on artificial intelligence for the identification of stages of development of pollen precursor cells in advanced backcrosses with wild species. With this it has been possible to optimize the androgenesis protocols used to produce double haploid plants, automating, and making the selection of anthers with inducible stages more efficient and therefore increasing the rate of double haploid plants produced.

Banana and plantain are edible fruit crops widespread in tropical and subtropical regions, with high importance as a source of energy, nutrients and incomes for lots of families in developing countries. The Musa genus comprises twenty-eight species where M. acuminata and M. balbisiana are the most important species for commercial purposes. However several diseases and pests affect the productivity and fruit quality generating considerable losses every year. Banana weevil complex species are one of the main responsible of such losses worldwide; nevertheless several attempts have been carried out to control banana weevil populations. Cosmopolites sordidus is the most frequent species reported worldwide and with more interest for population control. In the present study four banana weevil species (C. sordidus, Metamasius hemipterus, M. hebetatus, Polytus mellerborgii) were found associated to banana and plantain stands. Genetic analysis on banana weevil species, from mtDNA and nr DNA Loci, indicated a widespread of few haplotypes across 12 municipalities of Valle del Cauca, also a low number of alleles were found indicating a possible bottleneck mediated by human activities. dditionally a survey for entomopathogenic nematodes (EPN) associated to plantain and banana stands was made, were Steinernematids and Heterorhabditids species were found, however molecular characterization indicates a low genetic diversity in EPN isolates. Two nuclear Loci (ITS and LSU) were sequenced and employed for species identification, indicating that from 14 isolates obtained, 10 of them belonged to Steinernema carpocapsae and four to Heterorhabditis spp. For the latter there was contrasting results when either ITS or LSU región was employed for species identification, nevertheless a concatenated analysis showed the presence of two species, Heterorhabditis bacteriophora and Heterorhabditis sp. These indigenous EPN isolates could be promising for biological control of weevil banana complex species, since this isolates were found associated to plantain and banana stands and, together with the low genetic diversity found in weevil species, it is expected to develop strategies for pests management using EPN isolates obtained in the present study. Resumen: El plátano y el banano son frutos comestibles cultivados en las regiones tropicales y subtropicales, presentan importancia como fuente de energía, nutrientes e ingresos económicos para muchas familias de países en desarrollo. El género Musa comprende 28 especies siendo M. acuminata y M. balbisiana las especies mas importantes para propósitos comerciales. Sin embargo diversas enfermedades y pestes afectan la productividad y calidad del fruto generando pérdidas considerables cada año. El complejo de especies del picudo del banano son uno de los principales responsables de tales pérdidas a nivel mundial. No obstante varios intentos se han llevado a cabo para controlar las poblaciones del picudo del banano. Cosmopolites sordidus es la especie mas frecuente reportada a nivel mundial y en la cual mayor interés se ha llevado a cabo para su control. En el presente estudio cuatro especies de picudo del banano (C. sordidus, Metamasius hemipterus, M. hebetatus, Polytus mellerborgii) se encontraron asociadas a cultivos de plátano y banano. Análisis genéticos en especies de picudos, a partir de Loci mitocondrial y nuclear, indicaron un amplia distribución de pocos haplotipos en 12 municipios evaluados en el Valle del Cauca, también un bajo numero de alelos fue identificado indicando un posible efecto cuello de botella mediado por las actividades humanas. Adicionalmente se realizaron evaluaciones para obtención de nematodos entomopatógenos (NEP) asociados a plantaciones de plátano y banano, donde se encontraron especies de Steinernematidos y Heterorhabditidos, sin embargo la caracterización molecular mostró baja diversidad genética en los aislamientos. Dos Loci nucleares (ITS y LSU) fueron secuenciados y empleados para la identificación de especies, indicando que a partir de 14 aislamientos obtenidos 10 pertenecieron a Steinernema carpocapsae y cuatro a Heterorhabditis spp. Para este último hubo resultados contrastantes respecto a las regiones ITS o LSU y la asignación de especies, no obstante un análisis concatenado mostró la presencia de dos especies, Heterorhabditis bacteriophora y Heterorhabditis sp. Estos asilamientos nativos podrían ser promisorios para el control biológico de las especies del complejo de picudos, ya que fueron hallados en plantaciones de plátano y banano y, junto a la baja diversidad genética identificada en las especies del complejo de picudos, se espera desarrollar estrategias para el control de pestes usando los aislamientos de NEP obtenidos en este estudio. Maestría

Matudaea presenta dos especies alopátricas, M. trinervia (distribuida en Meso y Centroamérica) y M. colombiana (distribuida en Los Andes colombianos). La evidencia fósil de Matudaea data del periodo Oligoceno de Europa Central, lo que sugiere una distribución pasada en bosques boreotropicales del Terciario. Para el presente se realizaron análisis poblacionales, filogenéticos y modelos de nicho ecológico con el fin de evaluar la respectiva dirección de dispersión de Matudaea y los patrones geográficos de divergencia y variación genética de M. colombiana. Se muestrearon 119 individuos pertenecientes a 15 poblaciones de las tres cordilleras de Colombia (Occidental, Central y Oriental). Se realizaron modelos de nicho para ambas especies de Matudaea con base en nueve capas bioclimáticas y se realizaron análisis de divergencia de nicho mediante la índices de sobrelapamiento, análisis estadísticos y comparación con modelos nulos de background geográfico para cada especie. Con base en los polimorfismos observados en los marcadores plastídicos atpB-­‐rbcL y trnS-­‐trnG se estudiaron parámetros de diversidad genética, estructura poblacional y se realizó una red de haplotipos. Con el fin de obtener hipótesis de relaciones filogenéticas y estimaciones de tiempos de divergencia se realizaron análisis de máxima verosimilitud e inferencia bayesiana incluyendo dos regiones adicionales (psbA-­‐trnH y trnL-­‐trnF) y secuencias de M. trinervia y otros géneros de Hamamelidaceae y Altingiaceae. Los análisis de datación mostraron que M. colombiana y M. trinervia divergieron en el Mioceno Tardío (ca. 12 Ma.), durante este periodo la dispersión de Matudaea hacia Suramérica pudo haberse facilitado por el levantamiento del Istmo de Panamá y cambios de temperatura. Los análisis filogenéticos y la red de haplotipos sugieren un patrón oeste-­‐este de decrecimiento de la diversidad genética de M. colombiana y un proceso de estructuración de los pool genéticos presentes en las tres cordilleras durante el Plioceno-­‐Pleistoceno Temprano (ca. 1-­‐6 Ma.) procesos que pueden relacionarse cronológicamente con la orogenia andina y los periodos glaciales. Los análisis filogenéticos no recuperaron los grupos M. colombiana y M. trinervia. En su lugar esta última aparece como grupo parafilético con respecto a M. colombiana, lo cual es congruente con la baja diferenciación morfológica entre estas especies. Es necesario un muestreo mayor para poder concluir que Matudaea es un género monoespecífico. Los análisis de nicho mostraron que las especies presentan conservatismo de nicho, pero sugieren que M. colombiana presenta un proceso de especialización de nicho derivada de la colonización de los bosques andinos. La diversidad genética y las tasas de sustitución estimadas para M. colombiana están entre las más bajas de las reportadas para árboles neotropicales con cpDNA, pero son similares a otras Hamamelidaceae. Estos valores se relacionan con la condición relictual de la especie, reducciones poblacionales, tamaños poblacionales bajos, alta capacidad de rebrote y estrategias reproductivas. Abstract. Matudaea comprises two allopatric species, M. trinervia (from Meso-­‐ and Central America), and M. colombiana (from the Colombian Andes). Matudaea fossil records date back to the Oligocene in Europe, which suggests a broader boreotropical distribution during the Tertiary. Population genetics, phylogenetic analyses and ecological niche modeling were performed in order to assess the putative direction of dispersion of Matudaea and the geographic patterns of divergence and genetic variation of M. colombiana. A total of 119 individuals from 15 populations of M. colombiana from the three (Western, Central and Eastern) cordilleras in Colombia were sampled. Niche modeling was performed using nine GIS climate layers for the two Matudaea species in order to test for niche divergence by overlap indices, statistical tests and comparisons against null models of geographic background for each species. Genetic diversity, population structure and haplotype networks of M. colombiana were assessed based on the intergenic cpDNA atpB-­‐ rbcL and trnS-­‐trnG. Bayesian and likelihood approaches were applied to infer interspecific relationships and divergence ages, including two additional intergenic cpDNA regions (psbA-­‐trnH and trnL-­‐trnF), and sequences from M. trinervia and other Hamamelidaceae and Altingiaceae. Dating analyses suggest that M. colombiana and M. trinervia split in Late Miocene (at about 12 Mya), in this period the dispersion of Matudaea into South America may have been facilitated by the closure of the Isthmus of Panama and abrupt decreasing of temperature. Haplotype and phylogenetic analyses suggest a west-­‐to-­‐east genetic decreasing of M. colombiana and a Pliocene-­‐Early Pleistocene (at about 1-­‐6 Mya) differentiation of genetic pools between the three cordilleras that would be related in chronology with the north-­‐Andean uplift and the cooling periods. The phylogenetic analyses did not recover the clustering of samples from M. colombiana and M. trinervia. Instead, the second appears to be paraphyletic with respect to the first, which is congruent with the low morphological divergence between these species. In order to conclude that Matudaea is a monospecific genus, a more complete sampling is needed. Niche tests did not support niche divergence, but suggest that M. colombiana could have undergone an increasing niche specialization related with the Andean forests colonization. Genetic diversity and substitution rates estimated for M. colombiana are among the lowest reported in non-­‐coding cpDNA for Neotropical trees, but are similar with other Hamamelidaceae. These values may be related to relict condition, bottleneck processes, small population sizes, high sprouting ability and reproductive strategies. Maestría

Resumen: Los estudios basados en genética molecular cobran gran importancia ya que ofrecen la posibilidad de conocer la estructura de las poblaciones y proporcionar datos científicos para la implementación de normas tendientes a protegerlas. El jurel aleta amarilla, Caranx hippos, es considerado como uno de los peces con una distribución amplia en el Atlántico occidental, constituyéndose en una de las principales especies objeto de la pesquería artesanal en aguas colombianas; sin embargo, es poco lo que se conoce en cuanto a su estructura poblacional. En este sentido, el presente estudio se propuso evaluar su variación y estructura genética en el Caribe colombiano a partir del análisis de la región control y la región codificante para Citocromo oxidasa subunidad I del ADN mitocondrial. Para esto se extrajo ADN de 153 muestras de músculo recolectadas a partir de ejemplares desembarcados en seis puertos pesqueros en el Caribe de Colombia. Los resultados mostraron 21 haplotipos para COI y 116 haplotipos con región control, distribuidos en dos linajes que no presentan un patrón de distribución geográfica. Para región control la diversidad genética fue alta (Hd=0.99 y = 0.1), mientras que para COI los resultados fueron Hd=0.68 y =0.01, esto reveló eventos históricos diferenciados para los dos marcadores. Las estimaciones del grado de estructuración genética fueron bajas y poco significativas indicando la ausencia de una diferenciación entre las muestras recolectadas a partir de un aislamiento geográfico; sin embargo, se hallaron variaciones a nivel intrapoblacional. Todos estos resultados son discutidos y comparados con otras poblaciones de carángidos, haciéndose algunas deducciones e inferencias basadas en la estructura de poblaciones de peces pelágicos. Abstract: Studies based on molecular genetics offer the possibility to understand the structure of populations and provide data to implement measures designed to protect them. The crevalle jack, Caranx hippos, is a fish with a wide distribution in the western Atlantic, becoming one of the most economically important species in the artisanal fishery industry in Colombia. However, little is known about its biology, in this sense the present study aimed to evaluate the variation and genetic structure of Caranx hippos in the Colombian Caribbean by means of the analysis of the mitochondrial DNA region control and cytochrome oxidase subunit I-COI. We extracted the DNA of 153 muscle samples collected from specimens landed in six fishing ports in the Colombian Caribbean. The results showed 21 haplotypes for COI and 116 haplotypes for the control region, divided into two lineages that do not exhibit a pattern of geographical distribution. The relation between haplotype and nucleotide diversity and neutrality test revealed distinct historical events for the two markers, as they are bottleneck and subsequent rapid population expansion. Estimates of genetic structure were low and insignificant, indicating no differentiation between samples collected from geographical isolation; however, variations were found at population levels. Deductions were made based on the structure of pelagic fish stocks. Maestría

Crocodylus moreletii representa un emblema para los ecosistemas tropicales de México pero actualmente está amenazada por extinción. Sorprendentemente, hay una falta de información de su constitución genética, que debe ser evaluada para un manejo apropiado ex situ y para toma de decisiones en la liberación de cocodrilos a su hábitat natural. El objetivo del estudio fue caracterizar y comparar la variabilidad genética de cuatro grupos poblacionales de C. moreletii (dos silvestres y dos nacidas ex situ). Mediante PCR se amplificaron siete loci de microsatélites polimórficos, sin embargo se encontró déficit de heterocigotos en las poblaciones (promedio H O=0.02) mermado por la presencia de alelos nulos. El AMOVA indicó que la mayor proporción de variabilidad genética se encuentra dentro de las poblaciones y una limitada diferenciación genética entre poblaciones (promedio F ST =0.03), probablemente debida al alto índice de endogamia (promedio F IS=0.97). Al comparar la variabilidad genética inter e intra especies de cocodrilianos, encontramos que en C. moreletii está muy por debajo de los reportados. Se concluye que la limitada variabilidad genética de las poblaciones nacidas ex situ probablemente se debe al efecto fundador derivado de la estructura social de sus progenitores, y de las poblaciones silvestres, por el efecto cuello de botella, inferido por el limitado tamaño efectivo de población que presentó históricamente en su distribución natural. Genetic variability in captive populations of Crocodylus moreletii (Crocodylia: Crocodylidae) using microsatellites markers. Crocodylus moreletii, an extinction threatened species, represents an emblem for tropical ecosystems in Mexico. Surprisingly, there is a lack of information about their genetic constitution, which should be evaluated for a proper management ex situ and for making decisions on the release of crocodiles into natural habitats. The aim of this study was to characterize and compare the genetic variability of four populations of C. moreletii (two wild versus two born ex situ). Through PCR were amplified seven microsatellite polymorphic loci, however a heterozygote deficit, diminished by the presence of null alleles, was found in the populations (average H O=0.02). The AMOVA indicated that the highest proportion of genetic variability is within populations, and a limited genetic differentiation among populations (average F ST=0.03), probably due to high inbreeding index (average F IS=0.97). When comparing the genetic variability between and within other crocodilian species, we found that in C. moreletii is well below those reported. We concluded that the limited genetic variability in ex situ born populations is probably due to a founder effect derived from the social structure of their progenitors, and by the bottleneck effect, inferred by the limited effective population size, that historically characterizes their natural distribution in wild populations.