Fase 1: Adquisición de germoplasma

En la línea base del proyecto se construyó, a partir de encuestas, una base de datos georreferenciada con información sobre los recursos fitogenéticos que se cultivan en las fincas que son beneficiarias. Se consultó esta base para identificar qué fincas habían declarado sembrar el cultivar de sandía ‘Patisito’. Tras validar la información con los coordinadores del proyecto en el RF Delta del Cauto, se seleccionaron las fincas de interés.

Posteriormente, en febrero de 2023, se realizó una expedición al área de estudio (comunidad de Cabezada, provincia Granma), donde se colectaron semillas de cuatro fincas seleccionadas al azar entre los productores identificados, pertenecientes a la CCS "Ramón Ramos" (Figura 1). Se tuvieron en cuenta los indicadores sociodemográficos de la finca. La colecta de semillas (30 por finca) cumplió con las normas para bancos de germoplasma de la Organización para la Agricultura y la Alimentación de las Naciones Unidas (FAO, 2014 Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). (2014). Normas para bancos de germoplasma de recursos fitogenéticos para la alimentación y la agricultura (Edición revisada). Disponible en: https://www.fao.org/4/i3704s/i3704s.pdf
) y la Guía Práctica para la aplicación de esta norma en la conservación de semillas ortodoxas (FAO, 2023FAO. (2023). Guía práctica para la aplicación de las normas para bancos de germoplasma de recursos fitogenéticos para la alimentación y la agricultura: Conservación de semillas ortodoxas en bancos de germoplasma de semillas. Comisión de Recursos Genéticos para la Alimentación y la Agricultura, Roma, Italia. FAO. https://doi.org/10.4060/cc0021es
). Paralelamente, se entrevistaron a los agricultores sobre el cultivar en cuestión que según la línea base del proyecto se caracteriza por tener frutos pequeños (15-20 cm diámetro), forma del fruto redondo y con epicarpio liso sin patrón. Las semillas se almacenaron a 5 ºC en el Banco de Central de Germoplasma de Cuba, radicado en el Instituto de Investigaciones Fundamentales en Agricultura Tropical “Alejandro de Humboldt”, para su procesamiento en la siguiente fase.

Fase 2: Caracterización del material adquirido

Se estableció un protocolo de cuatro siembras (una para el material proveniente de cada finca) iniciando en mayo, con intervalos de 40 días para evitar la polinización cruzada. Este intervalo evitó la superposición de floración entre las muestras (Grupo Semillas, 2018Grupo Semillas. (2018). Producción y conservación de semillas nativas y criollas de buena calidad y sanidad. HEKSEPER Colombia. Disponible en: https://www.semillas.org.co/apc-aa-files/5d99b14191c59782eab3da99d8f95126/cartilla-produccion-de-semillas_web.pdf
). El experimento se realizó en la finca “Villegas” perteneciente a la Cooperativa de Créditos y Servicios (CSS) “1ro de Mayo” (municipio Güira de Melena, provincia Artemisa), la cual tiene experiencia en la producción de semilla con prácticas agroecológicas (Pérez y Caballero, 2021Pérez, N., y Caballero, R. (2021). Agroecología en Cuba-Iniciativas y evidencias innovadoras escalables. FAO, MINAG y ACTAF. https://doi.org/10.4060/cb6166es
). La parcela experimental tuvo 49 m² (7 × 7 m), con separación de 1.8 m entre surcos y de 0.4 m entre plantas, bajo siembra directa.

En la caracterización morfológica basada en los descriptores mínimos para Cucurbitaceae, se evaluaron los caracteres siguientes (ECPGR, 2008European Cooperative Programme for Plant Genetic Resources (ECPGR). (2008). Minimum descriptor lists for Cucurbita spp., Cucumber, Melon, Watermelon. Disponible en: https://www.ecpgr.org/working-groups/cucurbits/cucurbits-working-group-documents-and-publications-of-interest
):

Para las variables cuantitativas, se calcularon estadísticos descriptivos: media aritmética, valores mínimos/máximos y coeficiente de variación. Adicionalmente, se estimó el coeficiente de correlación de Pearson (Pearson, 1895Pearson, K. (1895). Note on regression and inheritance in the case of two parents. Proceedings of the Royal Society of London, 58, 240-242. Disponible en: https://www.jstor.org/stable/115794
), que cuantifica la asociación lineal entre pares de variables mediante valores entre -1 y 1. El coeficiente de variación se usó para comparar dispersión entre variables con distintas unidades. Todos los análisis se ejecutaron en InfoStat (versión 2008) (Di Rienzo et al., 2008Di Rienzo, J. A., Casanoves, F., y Balzarini, M. G. (2008). InfoStat (Versión 2008) [Software]. Grupo InfoStat, Universidad Nacional de Córdoba. Disponible en: http://www.infostat.com.ar
).

Adquisición de germoplasma

Los productores a cargo de las fincas muestreadas son hombres. El área de las fincas varió entre 4.0 y 13.4 ha (promedio: 10.9 ha), y la edad de los agricultores osciló entre 42 y 63 años (media: 54 años). Los productores destinan un promedio de 1.8 ha al cultivo de la sandía (Tabla 1). Sin embargo, expresaron descontento por irregularidades en la comercialización. Todos obtienen semillas mediante redes de intercambio campesino, no las guardan separadas por cultivar y no llevan registro de la cantidad de semillas almacenadas para la próxima cosecha. El consumo local se centra en el fruto fresco y en jugo, pero para la comercialización solo venden el fruto fresco.

El hecho de que guarden sus semillas mezcladas y que no comercialicen subproductos de la sandía constituyen amenazas ante la erosión de la biodiversidad. Estas amenazas fueron también identificada por Begué-Quiala et al. (2022)Begué-Quiala, G., Planas, J. R. I., Rivera, D. G., Elías, O. C., Trejo, H. M. P., y Rodríguez, D. A. (2022). Cultivo y conservación de frijol por campesinos dispersos en la Reserva de Biosfera Cuchillas del Toa, evidencias del cambio climático. Agrotecnia de Cuba, 46(1), 12-22. Disponible en: https://www.agrotecnia.edicionescervantes.com/index.php/agrotecnia/article/view/40
en el cultivo del frijol, en la Reserva de la Biosfera Cuchillas del Toa, por lo que es una problemática que está presente a nivel nacional. Si existiera una oferta más variada (por ejemplo, de subproductos o de cultivares con rasgos especiales como el color de la pulpa o el tamaño del fruto), se valorizaría la diversidad de germoplasma que se produce en la comunidad. De lo contrario, los productores están sujetos a las fluctuaciones del mercado, que en muchos casos presionan para que se produzcan cultivares comerciales homogéneos, lo que conduce a la pérdida de diversidad (Khoury et al., 2022Khoury, C. K., Brush, S., Costich, D. E., Curry, H. A., de Haan, S., Engels, J. M. M., Guarino, L., Hoban, S., Mercer, K. L., Miller, A. J., Nabhan, G. P., Perales, H. R., Richards, C., Riggins, C., y Thormann, I. (2022). Crop genetic erosion: Understanding and responding to loss of crop diversity. New Phytologist, 233(1), 84-118. https://doi.org/10.1111/nph.17733
).

Los productores expresaron que el cultivar ‘Patisito’ no es el resultado de la selección de los campesinos, sino que es el nombre que le dan a poblaciones espontáneas que emergen en sus parcelas agrícolas sembradas con otros cultivares de sandía y que cumplen con la descripción de la línea base del proyecto, es decir, tienen frutos pequeños, esféricos y con un patrón de corteza lisa y de color verde oscuro. Estos son regados con las aguas de los pozos que están salinizadas y producidos con prácticas tradicionales de manejo.

La forma en que se obtiene indica que no constituye un cultivar, sino expresiones fenotípicas de materiales introducidos, posiblemente por reversión genética o flujo de genes de variedades comerciales. Estudios en contextos similares, como el de cultivares de frijol en Cuba, han identificado que la conservación de semillas en poblaciones mezcladas es una debilidad persistente que dificulta el mantenimiento de la identidad genética de los cultivares (Begué-Quiala et al., 2022Begué-Quiala, G., Planas, J. R. I., Rivera, D. G., Elías, O. C., Trejo, H. M. P., y Rodríguez, D. A. (2022). Cultivo y conservación de frijol por campesinos dispersos en la Reserva de Biosfera Cuchillas del Toa, evidencias del cambio climático. Agrotecnia de Cuba, 46(1), 12-22. Disponible en: https://www.agrotecnia.edicionescervantes.com/index.php/agrotecnia/article/view/40
). Entre los materiales introducidos el cultivar más parecido al cultivar Patisito es el Sugar baby, el cual es ampliamente cultivado a nivel global.

Caracterización del material adquirido

Los análisis estadísticos revelaron que la masa del fruto (en términos de peso) exhibió un alto coeficiente de variación (CV = 49.82 %). Sin embargo, los demás caracteres mostraron CV < 25 % (Tabla 2), lo que confirma una baja diversidad genética general en el germoplasma colectado. Adicionalmente, el análisis de correlación de Pearson detectó una fuerte asociación positiva entre el peso del fruto y la longitud de las semillas (r = 0.89; p < 0.01; Tabla 3), sugiriendo que los frutos más pesados contenían semillas significativamente más largas. Esto concuerda con lo reportado por Gong et al. (2022)Gong, C., Zhao, S., Yang, D., Lu, X., Anees, M., He, N., Zhu, H., Zhao, Y., y Liu, W. (2022). Genome-wide association analysis provides molecular insights into natural variation in watermelon seed size. Horticulture Research, 9, uhab074. https://doi.org/10.1093/hr/uhab074
, quienes observaron fuertes correlaciones entre diversos caracteres de la semilla en una amplia colección de sandía. En ese estudio, también se explica que las sandías utilizadas para el consumo de semillas tienden a tener semillas más grandes, mientras que las sandías utilizadas para el consumo de pulpa a menudo muestran semillas relativamente pequeñas. Por tanto, la tendencia a semillas más largas en frutos más pesados, en el germoplasma de Cabezada, podría reflejar una característica de poblaciones menos sometidas a selección intensiva para la pulpa.

El análisis de las variables cualitativas por finca reveló heterogeneidad en el patrón de la corteza y la forma del fruto, caracteres clave para identificar al cultivar en cuestión. No obstante, se observó homogeneidad en otros rasgos morfológicos: hojas con lobulación débil, hábito de crecimiento rastrero, ausencia de flores hermafroditas, corteza verde clara y pulpa rosada. Entre el germoplasma caracterizado, el que más se aproxima a la descripción del cultivar 'Patisito' procede de la finca La Mandin; sin embargo, el 30 % de los frutos mostró un patrón de la corteza con rayas anchas (Tabla 4).

De acuerdo con el Código Internacional de Nomenclatura para Plantas Cultivadas, “un cultivar, como taxón, es un conjunto de plantas que (a) ha sido seleccionado por un carácter particular o una combinación de caracteres, y (b) mantiene su distinción, uniformidad y estabilidad en estos caracteres cuando se propaga por medios adecuados" (Brickell et al., 2016, p.6Brickell, C. D., Alexander, C., Cubey, J. J., David, J. C., Hoffman, M. H. A., Leslie, A. C., Malécot, V., y Jin, X. (2016). International Code of Nomenclature for Cultivated Plants (9th ed.). International Society for Horticultural Science. Disponible en: https://www.ishs.org/sites/default/files/static/ScriptaHorticulturae_18.pdf
). Por lo tanto, el material caracterizado no constituye un cultivar, ya que, en primer lugar, los agricultores no han realizado una selección sistemática para caracteres específicos. Además, se observa heterogeneidad en tres de los caracteres cualitativos evaluados lo que descarta la segunda premisa.

Retomando el hecho de que cinco de los caracteres presentaron homogeneidad (hábito de crecimiento rastrero, lobulación foliar débil, ausencia de flores hermafroditas, corteza verde claro y pulpa rosada), a continuación se analizó si este perfil común pudiera estar relacionado con la selección de los agricultores o constituir una respuesta adaptativa a los factores de estrés abióticos del territorio, particularmente a la salinidad predominante en el Delta del Cauto. A nivel fisiológico, se ha identificado que los mejores índices para evaluar la tolerancia a la salinidad en sandía son el peso fresco de la parte aérea y la longitud de la raíz (Gao et al., 2022Gao, B., Sun, D., Yuan, G., An, G., Li, W., Liu, J., y Zhu, Y. (2022). Identification of salt tolerance of 121 watermelon (Citrullus lanatus L.) germplasm resources. Journal of Fruit Science, 39(9), 1597-1606. Disponible en: https://www.cabidigitallibrary.org/doi/full/10.5555/20220431670
). Sin embargo, la homogeneidad fenotípica de los cinco caracteres anteriormente señalados sugiere que la posible adaptación podría manifestarse a través de rasgos morfológicos distintivos más que en parámetros de crecimiento que suelen mostrar mayor variabilidad bajo estrés.

Hojas de lobulación débil

La mayoría de los cultivares de sandía poseen el fenotipo de hoja lobulada, controlado por un gen dominante único designado como ClLL1 (Wei et al., 2017Wei, C., Chen, X., Wang, Z., Liu, Q., Li, H., Zhang, Y., Ma, J., Yang, J., y Zhang, X. (2017). Genetic mapping of the LOBED LEAF 1 (ClLL1) gene to a 127.6-kb region in watermelon (Citrullus lanatus L.). PLOS ONE, 12(7), e0180741. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0180741
). Sin embargo, este fenotipo se observa generalmente después de la aparición de la sexta hoja de las plantas cultivadas tanto en el campo como en cámaras de clima artificial e invernaderos, lo que indica que la expresión del gen ClLL1 no se ve afectada o solo se ve ligeramente afectada por factores ambientales (Guo et al., 2013Guo, S., Zhang, J., Sun, H., Salse, J., Lucas, W. J., Zhang, H., Zheng, Y., Mao, L., Ren, Y., y Wang, Z. (2013). The draft genome of watermelon (Citrullus lanatus) and resequencing of 20 diverse accessions. Nature genetics, 45(1), 51-58. Disponible en: https://www.nature.com/articles/ng.2470
; Mashilo et al., 2022Mashilo, J., Shimelis, H., Maja, D., y Ngwepe, R. M. (2022). Retrospective genetic analysis of qualitative and quantitative traits in sweet watermelon (Citrullus lanatus var. lanatus): A review. Agronomy, 12(7), 1633. https://doi.org/10.3390/agronomy12071633
). Por tanto, es poco probable que las condiciones ambientales hayan tenido influencia en la homogeneidad en este carácter, sino que está más relacionada con la selección que han realizado los agricultores del territorio.

Ausencia de flores hermafroditas

La homogeneidad en la ausencia de flores hermafroditas observada en el material caracterizado coincide con el fenotipo sexual monoico (produce flores masculinas y femeninas en la misma planta) (Prothro et al., 2013Prothro, J., Abdel-Haleem, H., Bachlava, E., White, V., Knapp, S., y McGregor, C. (2013). Quantitative trait loci Açassociated with sex expression in an inter-subspecific watermelon population. Journal of the American Society for Horticultural Science, 138(2), 125-130. https://doi.org/10.21273/JASHS.138.2.125
). La monoecia en la sandía, está regulada por el gen de biosíntesis de etileno CitACS4, que codifica una enzima ACS específica de la flor, favoreciendo más flores masculinas que femeninas. Un gen recesivo, pa (ID gen: ClCG01G020800), controla la ocurrencia de flores bisexuales y hermafroditas en la sandía. Las mutaciones naturales del gen CitACS4 son responsables de convertir flores femeninas en flores hermafroditas, y la monoecia en andromonoecia parcial o andromonoecia en la sandía (Aguado et al., 2020Aguado, E., García, A., Iglesias-Moya, J., Romero, J., Wehner, T. C., Gómez-Guillamón, M. L., Picó, B., Garcés-Claver, A., Martínez, C., y Jamilena, M. (2020). Mapping a partial andromonoecy locus in Citrullus lanatus using BSA-seq and GWAS approaches. Frontiers in Plant Science, 11, 1243. Disponible en: https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2020.01243/full
).

Por tanto, la ausencia homogénea de flores hermafroditas en el germoplasma caracterizado sugiere la expresión estable del gen CitACS4. La ausencia del gen recesivo pa (que controla la ocurrencia de flores hermafroditas) podría explicar la estabilidad de este carácter en la población. Esta expresión sexual favorece la autofecundación y la estabilidad genética en poblaciones locales, lo que podría explicar su predominio en sistemas de agricultura tradicional como el de Cabezada donde los productores conservan sus propias semillas. Sin embargo, no es deseable para el fitomejoramiento de híbridos porque existe la necesidad de emascular las flores masculinas para la polinización y el desarrollo de los híbridos (Prothro et al., 2013Prothro, J., Abdel-Haleem, H., Bachlava, E., White, V., Knapp, S., y McGregor, C. (2013). Quantitative trait loci Açassociated with sex expression in an inter-subspecific watermelon population. Journal of the American Society for Horticultural Science, 138(2), 125-130. https://doi.org/10.21273/JASHS.138.2.125
; Mashilo et al., 2022Mashilo, J., Shimelis, H., Maja, D., y Ngwepe, R. M. (2022). Retrospective genetic analysis of qualitative and quantitative traits in sweet watermelon (Citrullus lanatus var. lanatus): A review. Agronomy, 12(7), 1633. https://doi.org/10.3390/agronomy12071633
).

Color de corteza verde clara

Aún no se ha determinado con claridad cuáles son los genes condicionan un color de la corteza verde clara (Mashilo et al., 2022Mashilo, J., Shimelis, H., Maja, D., y Ngwepe, R. M. (2022). Retrospective genetic analysis of qualitative and quantitative traits in sweet watermelon (Citrullus lanatus var. lanatus): A review. Agronomy, 12(7), 1633. https://doi.org/10.3390/agronomy12071633
). Sin embargo, la homogeneidad de este carácter en la población sugiere la estabilización de alelos específicos para este gen, posiblemente como resultado de la adaptación local o de las preferencias de selección de los agricultores.

Pulpa rosada

El color rojo y rosado en la pulpa de la sandía está determinado predominantemente por la acumulación de licopeno, un carotenoide que se biosintetiza y almacena en los cromoplastos del fruto durante la maduración (Kang et al., 2010Kang, B., Zhao, W., Hou, Y., y Tian, P. (2010). Expression of carotenogenic genes during the development and ripening of watermelon fruit. Scientia Horticulturae, 124(3), 368-375. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2010.01.027
). La base genética de este fenotipo implica una regulación coordinada de múltiples genes, donde el gen licopeno β-ciclasa ClLCYB (Cla005011) actúa como un regulador central: su baja expresión permite la acumulación de licopeno al evitar su conversión en β-caroteno, resultando en pulpa roja o rosada (Zhang et al., 2020Zhang, J., Sun, H., Guo, S., Ren, Y., Li, M., Wang, J., Zhang, H., Gong, G., y Xu, Y. (2020). Decreased protein abundance of lycopene β-Cyclase contributes to red flesh in domesticated watermelon. Plant Physiology, 183(3), 1171-1183. https://doi.org/10.1104/pp.19.01409
).

Además, del gen ClLCYB, otros genes específicos modulan la intensidad y estabilidad del color rojo/rosado. El gen Cla007686 se expresa altamente en variedades de pulpa roja, funcionando como un regulador clave de la acumulación de licopeno. Asimismo, un conjunto de genes designados como Cla018767, Cla018768, Cla018769, Cla018770 y Cla018771 están vinculados directamente con la biosíntesis de licopeno y el desarrollo del color rojo en la pulpa (Li et al., 2020Li, N., Shang, J., Wang, J., Zhou, D., Li, N., y Ma, S. (2020). Discovery of the genomic region and candidate genes of the scarlet red flesh color (Yscr) locus in watermelon (Citrullus Lanatus L.). Frontiers in Plant Science, 11. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00116
). La expresión combinada de estos genes crea un perfil metabólico que favorece la síntesis y estabilización del licopeno, definiendo así el característico color rojo o rosado de la pulpa en cultivares y otro tipo de germoplasma.

Un estudio en Lycium chinense determinó que las plantas que sobreexpresan el gen licopeno β-ciclasa LclycB mostraron mayor tolerancia a NaCl (150 mM), una menor acumulación de especies reactivas de oxígeno, mayor contenido de carotenoides y protección de la estructura tilacoidal (Jin et al., 2015Jin, C., Ji, J., Zhao, Q., Ma, R., Guan, C., y Wang, G. (2015). Characterization of lycopene β-cyclase gene from Lycium chinense conferring salt tolerance by increasing carotenoids synthesis and oxidative stress resistance in tobacco. Molecular Breeding, 35(12), 228. https://doi.org/10.1007/s11032-015-0418-y
). Esto sugiere que los genes de la ruta de carotenoides, particularmente la de licopeno β-ciclasa, están directamente involucrados en la respuesta al estrés salino. Considerando que ClLCYB es el homólogo funcional en sandía, la expresión diferencial de este gen podría estar relacionada con la adaptación a la salinidad.

Por tanto, el color rosado de la pulpa del germoplasma caracterizado podría estar relacionado con la expresión estable de genes que favorecen la acumulación de licopeno, posiblemente mediante la regulación a la baja de genes como el gen licopeno β-ciclasa ClLCYB y la alta expresión de reguladores como Cla007686. Esta composición genética particular podría representar una adaptación local que influye tanto en la calidad del fruto como en su potencial antioxidante. Por lo que, la homogeneidad observada en el color rosado de la pulpa (alto contenido de licopeno) del germoplasma colectado en Cabezada podría presentar no solo potencialidades para el fitomejoramiento por su color, sino como mecanismo adaptativo a la salinidad.