Efecto de la introducción de genes de resistencia a virosis en tomate sobre caracteres agronómicos y de calidad organoléptica de variedades localmente adaptadas

Abstract

The UMH research group "Agricultural Biodiversity and Breeding Varieties" started in 1998 at Escuela Politécnica Superior de Orihuela (EPSO), a breeding program for the simultaneous introduction of three dominant genes that confer resistance to three of the most relevant viruses in south-eastern Spain. These viruses are Tomato mosaic virus (ToMV), Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) and Tomato spotted wilt virus (TSWV). Procedures for the inclusion of two tomato breeding lines, "Muchamiel" (UMH1200) and "De la Pera" (UMH1203), in the Spanish Protected and Commercial Variety Register were initiated in 2011. Plant variety right titles for both breeding lines with the three resistance genes were obtained in July 2013. Last year procedures for inclusion of another ten breeding lines, with different genotypes, were initiated, which are expected to be finalized during 2015 and 2016. We have obtained other tomato breeding lines with all the homozygote combinations for the three resistance genes, which can be considered quasi-isogenic lines of the traditional varieties. We have used this set of breeding lines in order to analyze the effect of the respective introgressions. Tomato seeds from both varieties were obtained during the first year (2009/2010) in order to perform genetic evaluations. By selfing these breeding lines, we obtained all the homozygote combinations for the three resistance genes. The genotype of each line was confirmed using molecular markers linked to the resistant genes, routinely used in the breeding program. During 4 years, agronomic and quality parameters were studied in the set of lines corresponding to "Muchamiel" and "De la pera" through eight essays carried out under different agricultural production and different locations. In all experiments, some parameters were negatively affected by the chromosome segment containing the Ty-1 gene. Data from all the experiments were jointly analyzed using multivariate analysis methods. ToMV resistance gene effect was significant for the 5 ‘De la Pera’ and ‘Muchamiel’ trials, except for number of fruits. TSWV gene effect was also significant, except for number of inflorescences per plant, total yield and commercial yield. Finally, TYLCV resistance gene had an important and significant effect, except for SSC, as previously reported in other studies carried out by our group. In all cases, using individual analysis, grouping by varietal type or analyzing all the trials jointly, the fragment that contained the Ty-1 gene showed a greater effect. We used near-infrared spectroscopy technology (NIRS) in order to estimate the more important mineral contents of our breeding lines at the end of the breeding program. Our results suggested that NIRS could also be used in the selection of lines during a breeding program, an issue that we will try to address in our future breeding work. However, the estimations of soluble solids (SSC) and acidity (TA) obtained using dry samples of tomato may be useful only for screening purposes. More research must be done on NIRS analysis using fresh samples and intact tomatoes, in order to improve the estimation of SSC and TA. The obtained breeding lines could be grown under ToMV, TYLCV and TSWV virus infection conditions. It would be almost impossible to cultivate these traditional varieties without these resistances. However, the negative effects of the introduced genes observed in some agricultural conditions, such as slight decreases in yield and some organoleptic characteristics, suggest that further breeding work is needed. In addition, we are currently selecting new breeding lines from other varieties like “Cherry” o “De la pera moruno” and we also are developing hybrids between breeding lines and traditional cultivars from diverse origins.

El grupo de investigación de la UMH “Biodiversidad Agrícola y Mejora Genética de Variedades“ empezó en 1998 en la Escuela Politécnica Superior de Orihuela (EPSO) un programa de mejora para la introducción de genes de resistencia a tres de las virosis más importantes que afectan al cultivo del tomate en el sureste español. Estas virosis son el virus del mosaico del tomate (Tomato mosaic virus, ToMV), el virus del rizado amarillo del tomate o de la cuchara (Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV) y el virus del bronceado del tomate (Tomato spotted wilt virus, TSWV). En 2011 se iniciaron los trámites para la inscripción en los Registros de Variedades Comerciales y Protegidas de dos líneas de mejora de tomate de los tipos “Muchamiel” (UMH1200) y “De la Pera” (UMH1203), ambas tienen genes de resistencia en homocigotas a los tres virus comentados anteriormente. Los títulos de obtención vegetal fueron concedidos dos años después, en julio de 2013. Durante los años 2013 y 2014 se enviaron diez líneas más derivadas del programa de mejora, con distintos genotipos, las cuales se prevé que serán inscritas en ambos registros durante 2015 y 2016. A partir de los materiales desarrollados con resistencia a las tres virosis, hemos obtenido líneas de mejora que tienen todas las combinaciones posibles de los tres genes de resistencia en homocigosis, las cuales pueden considerarse líneas cuasiisogénicas de las respectivas variedades tradicionales. Este conjunto de líneas ha posibilitado el análisis detallado de los efectos de los respectivas introgresiones. Durante el primer año (2009/2010) se obtuvieron las semillas necesarias para disponer de todos los genotipos necesarios para llevar a cabo el análisis genético en las variedades de tomate “De la Pera” y “Muchamiel”. Se consiguió disponer de todos los estados, homocigoto sensible y resistente, para cada uno de los genes de resistencia introducidos, empleando para ello los marcadores moleculares para cada gen de resistencia seleccionados en proyectos de investigación anteriores. Se llevó a cabo durante 4 años la evaluación agronómica y de algunos parámetros relacionados con la calidad organoléptica del tomate en las líneas de “Muchamiel” y “De la pera” realizando ocho ensayos bajo diferentes sistemas de producción agraria y en distintas localidades. En todos ellos se vio que la introducción del segmento cromosómico que contiene la región de los genes de resistencia a virosis, sobre todo el que contiene a Ty-1, fue desfavorable para algunos caracteres agronómicos y de calidad. La información procedente de todos los experimentos fue analizada conjuntamente utilizando métodos de análisis multivariante. El efecto del gen de resistencia en ToMV fue significativo para los 5 ensayos “De la pera” y “Muchamiel”, excepto para el número de frutos. También tuvo efecto significativo para el gen TSWV, excepto para parámetros como número de inflorescencias por planta, producción total y producción comercial. Para el gen de resistencia TYLCV se observó un efecto importante y muy significativo, excepto para el contenido en sólidos solubles, como se ha observado previamente en otros trabajos realizados por el grupo. En todos los casos, tanto en los ensayos individuales como agrupando por tipo varietal o realizando los análisis en conjunto, el fragmento introgresado que tuvo un mayor efecto fue el que contiene el gen de resistencia Ty-1, que confiere resistencia a TYLCV. Una vez obtenidas las líneas de mejora al final del ciclo del programa, para estimar el contenido de los principales elementos minerales presentes en el fruto, hemos utilizado la tecnología de espectroscopia en el infrarrojo cercano (en inglés NIRS). Nuestros resultados sugieren que la técnica NIRS también podría ser utilizada en la selección de líneas durante un programa de mejora, un objetivo que se intentará abordar en nuestro trabajo futuro de mejora. Sin embargo, la estimación de los sólidos solubles y de la acidez, obtenida a partir de muestras secas de tomate, puede ser útil sólo para llevar a cabo un cribado o selección preliminar. Sería interesante continuar el análisis NIRS usando muestras frescas y tomates intactos, con el fin de mejorar las estimaciones. Las nuevas líneas obtenidas pueden cultivarse en presencia del virus del ToMV, TSWV y TYLCV, en condiciones en las que sería casi imposible cultivar las variedades tradicionales originales. Sin embargo, los efectos negativos de los genes introducidos y/o de la carga de ligamiento, que se observan en algunas condiciones de cultivo implican que el programa de mejora debe seguir en marcha. Actualmente se están desarrollando además nuevas líneas de mejora de otros tipos varietales, como “Cherry” o “De la pera moruno”, y también se están desarrollando híbridos entre líneas de mejora y variedades tradicionales de diverso origen.