Agronomics charasteristic and Verticillium wilt resistance evaluation in new olive cultivar selection

Abstract

The olive tree is the most cultivated perennial crop in the Mediterranean Basin, having deep cultural roots and a significant impact in economy of this area. For several decades, Verticillium wilt disease, caused by the fungus Verticillium dahliae Kleb., has caused serious losses both in traditional and intensive plantations, especially in those under irrigation in areas where other pathogen hosts, such as cotton, have been previously cultivated. There are no effective chemical methods for the control of Verticilliun wilt of olive, therefore the use of integrated management is recommended, being the use of resistant cultivars, the most economical, ecological and effective control solution. This Thesis has investigated two of the main strategies to control the disease based on the use of plant genetic resistance: a) The use of resistant rootstocks. We carried out a long-term study under field conditions, where it was proven that, under high disease pressure, the fungus can unnoticeably pass the resistant rootstock and reach the susceptible cultivar scion, causing severe symptoms in comparison with the resistant cultivar itself. Therefore, according to our results, the use of resistant rootstocks is not a solution in fields with high disease pressure. b) The development of new resistant varieties. Due to the low number of resistant cultivars available, developing new olive cultivars resistant to the disease and adapted to the requirements of new plantation systems and growing areas is key to guarantee the success of this crop. In this thesis we summarized the results of the first olive breeding program that since 2008 is aimed at obtaining new cultivars resistant to Verticillium wilt. During this time, 27.415 seedlings derived from 154 directed crosses have been evaluated, first in controlled and subsequently in field conditions. We constated the convenience of the dipping bare root inoculation method in control conditions. The evaluation and selection of the outstanding potential cultivars was made progressively; first after controlled inoculations 1270 seedlings were selected to be evaluated in field conditions. After 7 years of evaluations in naturally infested fields, only 28 genotypes were selected to be vegetatively propagated and evaluated at multilocal scale. These potential new cultivars, show high level of resistance to the disease and at the same time, optimum agricultural traits such as high production and high-quality olive oils, as it is demanded by the olive sector. As additional results, we verified that there is no maternal effect in the inheritance of the resistance to Verticillium wilt in olive; both the female and male parents provide 50% of the resistance to their offspring. This result makes easier to plant the directed crosses between cultivars to produce resistant seedlings. In addition, as main outcome of a research stay performed by the Phd. candidate in the Marche Polytechnic University (Italy), the resistance to olive knot of 10 olive cultivars from Central Italy was characterized at field level along with the damages of late frosts and their relationship with the incidence of the disease.

El olivo es el cultivo perenne más cultivado en la Cuenca Mediterránea y tiene un gran arraigo en la sociedad tanto económico como social y cultural. Desde hace varias décadas la Verticilosis del olivo, causada por el hongo Verticillium dahliae, está causando graves pérdidas tanto en plantaciones tradicionales como intensivas, especialmente en aquellas con sistema de regadío en zonas donde habían sido plantados otros cultivos huésped del patógeno, como es el caso del algodón. No existen métodos químicos efectivos para el control de la enfermedad y para el manejo de esta se recomienda el uso del control integrado. Dentro del control integrado de la Verticilosis del olivo el uso de variedades resistentes es la solución más económica, ecológica y efectiva. En la presente Tesis doctoral se han investigado dos de las principales formas de control de la enfermedad basadas en el uso de resistencia genética: a) El uso de portainjertos resistentes. Realizamos un estudio a largo plazo en condiciones de campo, donde se comprobó que, bajo alta presión de enfermedad, el hongo puede pasar inadvertidamente el patrón resistente y llegar al vástago del cultivar susceptible, provocando síntomas severos en comparación con el propio cultivar resistente. Por lo tanto, de acuerdo con nuestros resultados, el uso de portainjertos resistentes no es una solución en campos con alta presión de enfermedades. b) El desarrollo de nuevas variedades resistentes. Debido al escaso número de cultivares resistentes disponibles, el desarrollo de nuevos cultivares de olivo resistentes a la enfermedad y adaptados a los requerimientos de los nuevos sistemas de plantación y áreas de cultivo es clave para garantizar el éxito de este cultivo. En esta tesis resumimos los resultados del primer programa de mejora de olivo que desde 2008 tiene como objetivo la obtención de nuevos cultivares resistentes a la Verticilosis. Durante este tiempo se han evaluado 27.415 plántulas derivadas de 154 cruzamientos dirigidos, primero en condiciones controladas y posteriormente en campo. Se ha constatado la conveniencia de usar el método de inoculación por inmersión radicular en suspensión de conidios en condiciones controladas. La evaluación y selección de los genotipos sobresalientes se realizó de manera progresiva; Primero, después de inoculaciones controladas, se seleccionaron 1270 plántulas para ser evaluadas en condiciones de campo. Después de 7 años de evaluaciones agronómicas en campos naturalmente infestados, solo 28 genotipos fueron seleccionados para ser propagados vegetativamente y evaluados en diferentes ambientes. Estos potenciales nuevos cultivares, muestran un alto nivel de resistencia a la enfermedad y al mismo tiempo, óptimas características agronómicas como la alta producción y los aceites de oliva de alta calidad, tal y como lo demanda el sector oleícola. Como resultados adicionales, verificamos que no existe efecto materno en la herencia de la resistencia al marchitamiento por Verticillium dahliae en olivo; tanto el parental femenino como el masculino proporcionan el 50% de la resistencia a su descendencia. Este resultado facilita la realización de cruzamientos dirigidos entre cultivares para producir genotipos resistentes. Además, como principal resultado de una estancia investigadora realizada por el doctorando en la “Università Politecnica delle Marche” (Italia), se caracterizó a nivel de campo la resistencia la tuberculosis del olivo en 10 cultivares del centro de Italia junto con los daños producidos por una inusual helada tardía y su relación con la incidencia de la enfermedad.