resistencia genética a tobamovirus en tomate

Resistencia genética a Tobamovirus en tomate

Seminario sobre Virus del genero Tobamovirus con énfasisen el Tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV)

Diciembre 5 2018

J. Alberto Romero-Navarro

Junior tomato breeder

Luria, Neta et al PloS one (2017)

Ideas principales

• Cuales son los tipos de resistencia genetica a viruses en plantas?

• Como se identifican fuentes de resistencia con fines de mejoramiento?

• Cuales fuentes de resistencia a tobamovirus se han usado en el mejoramiento de tomate?

• Que resultados se han publicado respecto a los genes de resistencia a tobamovirus frente al Tomato brown rugose fruit virus?

Existen diferentes tipos de resistencia genética a virusesen plantas

• “Resistencia” = mecanismos genéticos heredables que permiten a las plantas resistir los efectos negativos de enfermedades

• Resistencia de no-hospedero: Todos los individuos de una especie son resistentes o inmunes a un virus

• Intuitiva (no todos los viruses afectan a todas las plantas), pero poco estudiada

• Relevante ante un patógeno emergente

• Resistencia de hospedero: Existe diversidad dentro de una especie de planta, de forma que algunos individuos de una especie no manifiestan efectos negativos ante un virus, y otros si

Lanfermeijer, et al, 2003

La resistencia tipo hospedero se subdivide en 2 tipos

• Resistencia al patógeno• Generalmente implica

resistencia a la enfermedad

• Resistencia a síntomas de la enfermedad

• También conocida como tolerancia a la enfermedad

• Existe carga viral con potencial movimiento dentro del individuo, pero no se observan síntomas de la enfermedad

Lesiones necróticas TMV, guía de enfermedades de tomate

Hay diversas fuentes de resistencia en mejoramiento

• Tipo de germoplasma:• Material mejorado

• Características agronómicas buenas

• Desarrollo de nuevas variedades en tiempo relativamente corto

• Variedades tradicionales• Algunas características buenas y otras malas

para contextos modernos de producción (ejemplos: mala firmeza, rajado de fruto)

• Desarrollo de nuevas variedades tardado

• Especies silvestres• Características agronómicas a menudo muy

poco o nada adecueadas para producción (ejemplos: frutos muy pequeños, autoincompatibilidad, mal sabor…)

• Desarrollo de nuevas variedades muy tardado

Foto: UF/IFAS

Las resistencias pueden tener distintos mecanismos genéticos de accion

• Monogénicos• Un solo gen proporciona resistencia

• >80% de resistencias a virus reportadas

• Dominante• Es suficiente si uno de los padres es resistente

• Recesiva• Ambos padres deben ser resistentes

• Alta presión selectiva hacia el patógeno• Evolución del virus para vencer la resistencia

• Poligénicos• Muchos genes juntos proporcionan resistencia

• Cada gen puede tener acción dominante/recesivo

• Mas duradera que resistencia monogenica

• Mejoramiento es mas complicado

Dominante Recesivo











a aA Aa AaA Aa AaF1











a aA Aa AaA Aa Aa

a aA Aa Aaa aa aa

Retrocruza1:1 Resistencia

F1

Nuevas fuentes de resistencia de identifican a través de ensayos controlados

• En campo, algunos individuos escapan enfermedad por azar

• Ensayos cuantitativos (medidas precisas), controlados, con inoculación del patógeno en condiciones de alta reproducibilidad y bioseguridad

• Identificación de nueva resistencia genera conocimiento de

• Tipo de germoplasma de procedencia (material mejorado, variedades tradicionales, variedades silvestres)

• Tipo de resistencia hospedero (resistencia al patógeno, resistencia a la enfermedad)

• Mecanismo genético (monogenicodominante, recesivo, poligenico)

Soosaar, et al, 2005

Ejemplo: Resistencia a Tomatomosaic virus (ToMV)

J. Pelham, Euphytica 1966

• S. peruvianum

• Photo by Scott Peacock

• Tomato Genetics ResourceCenter

La primer resistencia a TMV en tomates silvestres fue reportada en 1939

• Dato curioso: TMV se acredita como el primer virus reportado en 1886 por A. Mayer mediante inoculación de tabaco. En 1898 Martinus Beijericnk en Holanda muestra que los patógenos responsables de la enfermedad de tabaco son de menor tamaño que las bacterias y para diferenciarlos llamo al nuevo tipo de patógeno “virus” del latin veneno

• En 1939 Porte et al reportan que plantas de accesión de la especie Lycopersicumhirsutum eran asintomáticas a pesar de presencia del virus en tejido. En 1946 se muestra que hibridos de L. hirsutum y tomate son menos resistentes que el tomate silvestre

Solanum habrochaites = L. hirsutumPhoto: Sandy Knapp

En 1943 también se busca resistencia en otra especie silvestre

• F.O. Holmes utiliza plantas de la especie L. chilense, con cruzas iniciales en 1939 y en 1943 muestra que el hibrido, la primera generación de retrocruza en tomate domestico, y el silvestre son mas resistentes que el tomate domestico

• Problema: Virus

• Solución: Cruza con L. chilense

• Problema: material derivado de la cruza es estéril

L. chilense Wikipedia

El programa de mejoramiento de Hawaii empieza un proceso de cruzas en 1941 a cargo de Frazier

• Meta de Frazier: Combinar resistencia a 8 enfermedades de tomate importantes para la producion en Hawaii

• El programa realiza cruzas de varias especies silvestres, y busca resistencia a TMV en cruzas L. esculentum x L. chilense y L. hirsutum x L. esculentum proveídas por investigadores de California y el Departamento de Agricultura de Estados Unidos

• En 1947 reportan resultados de la búsqueda de resistencia en cruzas usando L. peruvianum, L. pimpinellifoliu, L. hirsutum y L. chilense y reportan alta tolerancia en algunas lineas

• En 1949 reportan líneas prometedoras con un marcado retraso en los síntomas, resultado de cruzas usando L. peruvianum, L. pimpinellifolium, L. hirsutum

• El programa continua hasta 1961, la resistencia no parece ser completamente dominante y aunque líneas útiles son derivadas del proyecto, la especie original de cada gen de resistencia queda incierta

Solanum peruvianumFoto:David Haak

Se encuentra una fuente monogenica de resistencia a TMV

• Entre 1952-1954 Holmes reporta con segregación esperada en una retrocruza de material derivado de los esfuerzos de Frazier

• Sigue con el experimento de autopolinizarlas plantas resistentes

• Esperaba resistencia 3:1

• Observa 2:1

• Hipotesis: en tomate domestico el gen de resistencia en estado homocigoto es no-viable o muy raro

• Resistencia: los individuos escapan infeccion

• El gen recibe el símbolo de Tm1

• Problema: Virus

• Solución: Material de Frazier

• Problema: material homocigoto no es viable• Se logra eventualmente tener líneas puras

a aA Aa AaA Aa Aa

a aA Aa Aaa aa aa

Retrocruza1:1 Resistencia

F1

A aA AA Aaa Aa aa

Autopolinizacion3:1 Resistencia

Se encuentra una segunda fuente de resistencia a TMV

• Se encuentra tambien en el material desarrolladopor Frazier por Soost reportado en 1958

• Las progenies segregan de manera consistente a un gen unico dominante

• Confiere mayor resistencia que Tm1, recibenombre de Tm2

• Problema: Virus

• Solución: Material de Frazier (L. peruvianum)

• Problema: ligamiento con gen recesivo “netted-viriscent” nv , que causa problemas de desarrollo y amarillamiento de las hojas en estado homocigoto

• Solucion: romper el ligamiento

• Problema: en 1962 Smith rompe el ligamiento, pero se introduce un factor letal en el complejoTm2-nv

Caso ideal





• Problema: Virus





Caso ideal

Ligamiento





• Problema: Virus





Caso ideal

Ligamiento

Factor letal

Se usa la especie Solanum pennelli como fuente de resistencia en 1961

• Problema: Virus

• Solución: Solanumpennelli

• Problema: 3 genes complementarios dominantes necesarios para la resistencia

En 1963 Alexander encuentra otra fuente de resistencia en L. peruvianum

• Gen dominante sencillo

• Alelo de Tm2 (misma region del genoma)

• Recibe de nombre Tm-22

• No tiene ligamiento con factoresletales ni gen nv

• Problema: Virus

• Solución: L. peruvianum

• Fin

Consideraciones de las resistencias anteriores

• Las resistencias anteriores no siempre se expesaban de igual manera en diferentes contextos• Florida -> susceptible

• No siempre se observa dominancia

• A veces se observa tolerancia, a veces inmunidad

• Diferentes cepas de TMV fueron rompiendo las resistencias Tm1 y Tm2• Se usan las resistencias para identificar las cepas

• A veces resistencias de S. pennellii eran major, a veces menos eficientes que los genes Tm1 y Tm2

• Tm-22 muestra que el mecanismo de resistencia hacia dificil a los virus sobreponerse porquemutaciones necesarias en el virus para sobreponerse eran normalmente detrimentales para el virus mismo

• En resumen, los modelos biologicos son por naturaleza evolutivos, y la interaccion con el ambiente hace muy importante validar de manera rigurosa los aspectos de resistencia, inmunidad, suceptibilidad, y los contextos donde son mas prevalentes para cada fuente de resistencia y contra cada cepa de virus

Resultados publicados frente al Tomato brown rugosefruit virus

• Traduccion literal: Un nuevo aislado Israeli de Tobamovirus infecta plantas de tomate que contienen el gen de resistencia Tm-22

• Traduccion contextual: Aguas! El gen mas común que se creía duradero no sirve ante un nuevo virus

Enero 20, 2017

Que sigue sobre resistencia a Tomato brown rugose fruitvirus?

• 1. La búsqueda de fuentes de resistencia ha mejorado mucho en los últimos 60 años

• 2. Existen extensivas colecciones de especies silvestres y variedades tradicionales

• 3. Una vez encontrada una fuente de resistencia, las herramientas actuales permiten desarrollar marcadores para incorporar genes en poco tiempo

• 4. El virus es muy reciente, aun hay muy poca información publicada respecto al comportamiento del patógeno frente a variedades comerciales y silvestres

resistencia genética a tobamovirus en tomate

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