Olive tree breeding for adaptation to different environmental conditions and growing systems

1. Introducción. Desde hace décadas, el cultivo del olivo se ha visto expuesto a una expansión globalizada debido principalmente a la alta rentabilidad conseguida por los nuevos sistemas de cultivo y a la gran importancia nutricional y saludable descrita para el aceite de oliva virgen extra. Variedades tradicionales ha sido utilizadas para ser plantadas en estas nuevas zonas, tanto en países donde el olivo no existía (China o Australia) como en ambientes de países productores donde el olivo no era un cultivo muy extendido. Algunas de estas variedades tradicionales, al plantarlas fuera de su zona de origen, han mostrado serios problemas en alguna de sus etapas productivas. Esto ha hecho que el cultivo tenga pérdidas significativas de rendimiento debido a ausencia de floración (Argentina) o a defectos en el aceite debido a las condiciones ambientales (Australia). Todo ello se debe, en parte, a que no existen trabajos sistemáticos para determinar la influencia de distintas condiciones ambientales en las variedades de olivo más cultivadas. Por ello, la evaluación de la interacción genotipo x ambiente en dichos caracteres es esencial para responder a estas incógnitas y ayudará a predecir el comportamiento del cultivo ante los efectos del cambio climático. Además, esta evaluación es de vital importancia para definir las mejores estrategias de selección en programas de mejora de olivo. 2. Contenido de la investigación. Las observaciones y toma de datos de los caracteres evaluados en esta tesis doctoral fueron llevados a cabo durante dos años (2015 y 2016) usando un ensayo multiambiente plantado en el 2006 por el IFAPA. Este ensayo esta plantado en cinco ambientes (Antequera, Baena, Gibraleón, Tabernas y Úbeda) y, constituido por un grupo de variedades tradicionales (‘Arbequina’, ‘Arbosana’, ‘Carrasqueño’, ‘Changlot real’, ‘Frantoio’, ‘Koroneiki’, ‘Ocal’ y ‘Picual’) y de selecciones de mejora (‘Selección 1’ y ‘Selección 2’, del programa de mejora en olivo UCO-IFAPA). En cada ambiente, las variedades estaban distribuidas en un diseño en bloques al azar. El primer carácter observado fue la floración, donde fenología de floración y calidad de flor fueron evaluadas. Se concluyó que para la fenología de floración el genotipo y la interacción muestran poca contribución, siendo el factor determinante el ambiente. La calidad de flor, por el contrario, si mostró una elevada influencia genética, destacando ‘Arbequina’ como una variedad con alta calidad de flor independiente de donde sea plantada. El siguiente carácter evaluado fue el patrón de acumulación de aceite, medido en proporción al peso seco en del fruto. Se distinguieron tres parámetros: pendiente de acumulación, máximo aceite acumulado y fecha en la que ese máximo fue alcanzado. La pendiente de acumulación y el máximo aceite acumulado mostraron una contribución similar de la varianza del genotipo, el ambiente y de su interacción. Para ambos parámetros, la ‘Selección 2’ mostró alta estabilidad, la cual también alcanzó el mayor valor para el máximo aceite acumulado. Sin embargo, la fecha en la que el máximo es obtenido fue un parámetro totalmente influenciado por el ambiente, señalando que la fecha de llegada al máximo acumulado es similar en todas las variedades para un ambiente dado. Finalmente, el último carácter observado en esta tesis doctoral fue la calidad del aceite de las diferentes variedades evaluadas. Todos los parámetros observados (ácidos grasos, tocoferoles, fitosteroles y esqualeno) mostraron una significativa interacción genotipo x ambiente. Por tanto, cada variedad tuvo un comportamiento diferencial según el ambiente en el que estaba plantada. ‘Selección 2’ fue el genotipo que destacó con alta estabilidad en la mayoría de los componentes observados, siendo ‘Arbequina’ la más inestable con valores de ácidos grasos cercanos a los límites inferiores marcados por el Consejo Oleico Internacional en algunos ambientes. 3. Conclusión. Se observó que la mayoría de los caracteres de interés agronómico evaluados en esta tesis doctoral mostraron una significativa interacción genotipo x ambiente. Ello indica que el uso de ensayos multi-ambiente para evaluar la interacción genotipo x ambiente en el olivo es conveniente para seleccionar de manera más precisa las variedades (tanto tradicionales como generadas por programas de mejora) más adecuadas para un ambiente dado o estables entre ambientes. Además, este tipo de ensayos dará la oportunidad de identificar los mejores ambientes para el cultivo del olivo ante las posibles variaciones producidas por los efectos del cambio climático.1. Introduction. In the las decades, el olive growing has been expanded around de world due principally to the high profitability obtained by the new growing systems and to the nutritional and healthy characteristics showed by the extra virgin olive oil. Traditional cultivars have been used to be planted in these new cultivation areas. However, no previous analysis of the olive behavior on those new climates has been performed. In fact, some of these cultivars have showed significant anomalies on the productive behavior. For example, a great yield loss as been observed in Argentina due to lack of flowering and very low olive oil quality has been obtained in Australia due to the climatic conditions. All this is partly due to the fact that there is no previous reports on the influence of different climatic conditions on the behavior of the most popular cultivars. Therefore, the evaluation of the genotype x environment interaction is essential to determine the adaptation of the cultivars to different environments and to predict the olive tree behavior under the climate change effects. Besides this genotype x environment evaluation is of paramount importance to develop efficient selection strategies in olive breeding programs. 2. Research content. This PhD was based on a multi-environment trail planted in 2006 by IFAPA and that was evaluated for several agronomic traits for two years (2015 and 2016). This trial is planted in five different environments (Antequera, Baena, Gibraleón, Tabernas y Úbeda), using traditional cultivars (‘Arbequina’, ‘Arbosana’, ‘Carrasqueño’, ‘Changlot real’, ‘Frantoio’, ‘Koroneiki’, ‘Ocal’ y ‘Picual’) as well as two breeding selections (‘Selection 1’ and ‘Selection 2’) from the olive breeding program UCO-IFAPA. The first character considered was flowering, in which flowering phenology and flower quality were evaluated. Flowering phenology showed little genotype and interaction contribution, being the environment only factor with significant influence. For flower quality, genotype and genotype x environment interaction were highly significant, pointing ‘Arbequina’ out as a cultivar with high flower quality across environments. The second character evaluated on the above mentioned multi-environment trial was the olive oil accumulation pattern in fruit dry weight. Three parameters were evaluated: rate of oil accumulation, maximum oil content reached and date of maximum oil reached. Rate of oil accumulation and maximum oil content reached showed similar genotype, environment and interaction contribution. High stability for both parameters was showed for ‘Selection 2’, which also obtained the highest maximum oil accumulated. However, date of maximum oil reached only showed a significance influence of environment. Therefore, all genotypes reached their maximum oil content in each environment in similar dates. Finally, the last character described in this PhD thesis was the olive oil quality. All components observed (fatty acids, tocopherols, phytosterols and squalene) showed significant genotype x environment interaction. ‘Selection 2’ was the genotype with higher stability for the most of olive oil components observed, being ‘Arbequina’ the cultivar having the most unstable olive oil, with fatty acid levels close to the lower limit set by the International Olive Council in some the environments here evaluated. 3. Conclusion. Most of olive tree characters here evaluated showed significant genotype x environments interaction. Therefore, it is advisable to use multi-environment trials in order to evaluate this interaction and, therefore, to accurately select the best genotypes for a given environment or those stable across environments. Besides, this kind of trials will also offer the opportunity to identify the best environments considering the possible variations due to the climatic change effects