Genetic resources of peppers (Capsicum, Solanaceae): genetic diversity, resistance to anthracnose and production of secundary metabolites

The consumption of peppers (Capsicum, Solanaceae) increases progressively, due to diversity, multiplicity of usage and the functional properties of the fruits. One of the problems that limit the peppers produtivity is anthracnose, a recurrent fungal disease in South of Brazil, results in losses to producers and consumers. Facing this problem, the wide genetic diversity found in peppers represents an important source of new alternatives. The general objective of this work was to contribute to the characterization of genetic resources of Capsicum peppers. The thesis is presented in form of three chapters, whose objectives were to perform morphological characterization of peppers accessions from the Capsicum Genebank of Embrapa Temperate Agriculture, to evaluate the genetic divergence and estimate the entropy of descriptors; we performed the evaluation of peppers accessions reaction to anthracnose, as well as to identify possible new sources of resistance; and to perform the metabolomic evaluation of contrasting peppers accessions to anthracnose response. In the first chapter, 21 accessions of peppers (C. baccatum and C. chinense) were characterized using 47 morphological descriptors. A wide genetic diversity was verified for the evaluated characters. The descriptors flower positon, stigma position, ripe fruit color, pungence and plant length presented high entropy. In the second chapter, the same accessions were evaluated for anthracnose response. It was possible to differentiate them through inoculation of Colletotrichum acutatum isolate. The fruits were detached and inoculated in two maturation stage. Accessions did not present complete resistance to anthracnose. Great genetic diversity was observed to anthracnose response. Anthracnose resistance of peppers was expressed differently according to fruit maturation stage. Among evaluated accessions, P27 presented greater resistance to the disease and P175 more susceptibility. In the third chapter, metabomic evaluation of contrasting accessions for anthracnose resistance was performed. Liquid chromatography, gas chromatography and mass spectrometry were used for analyzes. Different metabolomic responses were observed for pepper accessions. The concentration of specialized metabolites in peppers fruits varies according to maturation stage. Capsaicinoids and capsinoids content in fruits did not influence resistance to anthracnose. The production of butane-2,3-diol, L-threitol, D-fructose and α-Dglucopyranoside in fruits was affected by anthracnose. The study of relationship of pepper fruit compounds in response to pathogen's attack, generates information about resistance and susceptibility process, as well as instigates new studies that aim to understand the plant-pathogen interaction and the usage of genetic resources to obtain resistant genotypes.O consumo de pimentas (Capsicum, Solanaceae) vem aumentando progressivamente, devido à diversidade, multiplicidade dos usos e propriedades funcionais dos seus frutos. Um dos problemas que limita a produtividade de pimentas é a antracnose, doença fúngica recorrente na região sul do Brasil, que resulta em prejuízos ao produtor e ao consumidor. Frente a esse problema, a ampla diversidade genética encontrada nas pimentas representa uma importante fonte para novas alternativas. O objetivo geral deste trabalho foi contribuir para a caracterização de recursos genéticos de pimentas do gênero Capsicum. A tese está apresentada na forma de três capítulos, cujos objetivos foram caracterizar morfologicamente acessos de pimentas do Banco Ativo de Germoplasma de Capsicum da Embrapa Clima Temperado, avaliar a divergência genética e estimar a entropia dos caracteres avaliados; avaliar a reação de acessos de pimentas à antracnose e identificar possíveis fontes de resistência; e realizar a avaliação metabolômica de acessos de pimentas contrastantes para resposta à antracnose. No primeiro capítulo, foram caracterizados 21 acessos de pimentas (C. baccatum e C. chinense) com o uso de 47 descritores morfológicos. Foi verificada ampla diversidade genética para os caracteres avaliados. Os descritores posição da flor, posição do estigma, cor de fruto maduro, pungência e comprimento de planta apresentaram elevada entropia. No segundo capítulo, os mesmos acessos foram avaliados quanto à resposta à antracnose. Os frutos foram colhidos e inoculados em duas fases de maturação. Foi possível diferenciá-los a partir da inoculação com um isolado do fungo Colletotrichum acutatum. Os acessos avaliados não apresentaram resistência total à antracnose. Foi observada variação para resposta à antracnose. A resistência de pimentas à antracnose se expressa de forma diferente de acordo com a fase de maturação do fruto. Dentre os acessos avaliados, P27 apresentou maior resistência à doença e P175 maior suscetibilidade. No terceiro capítulo, foi realizada a avaliação metabôlomica dos frutos dos acessos contrastantes para a resistência à antracnose. Para as análises foram utilizadas técnicas de cromatografia líquida, gasosa e espectrometria de massas. A concentração de metabólitos especializados em frutos de pimentas varia conforme a fase de maturação. A concentração de capsaicinoides e capsinoides dos frutos não influencia a resistência à antracnose. A produção dos compostos butano-2,3-diol, L-threitol, D-frutose e α-D-glucopyranoside nos frutos foi alterada pela incidência da antracnose. O estudo da relação dos compostos dos frutos de pimenta em resposta ao ataque do patógeno gera informações sobre o processo de resistência e suscetibilidade, assim como desperta novos estudos que busquem elucidar a compressão da interação planta-patógeno e uso de recursos genéticos para obtenção de genótipos resistentes