Introgresión de genes de resistencia al virus TYLCV en dos variedades tradicionales de tomate: estudio de la eficacia y del efecto de la resistencia sobre las nuevas líneas de mejora

Abstract

Se ha trabajado con dos variedades tradicionales de tomate, Muchamiel y De la pera, con el objetivo de incrementar su resiliencia frente a uno de los principales virus que afecta a este cultivo tan importante, tanto a nivel mundial como nacional. Como en cualquier otro cultivo, la aparición de plagas y enfermedades obliga a realizar ciertas labores para combatirlas y evitar la pérdida y/o merma de la cosecha. Los virus son microorganismos que necesitan de otro ser vivo para poder desarrollarse. Estas enfermedades virales suelen combatirse controlando la forma que utiliza el virus para transmitirse, o bien introduciendo genes de resistencia a dichas enfermedades. Los virus que afectan a vegetales pueden transmitirse de diferente forma: vegetativamente, mecánicamente, a través de la semilla y el polen, y principalmente a través de agentes vectores como insectos, nematodos, ácaros y hongos. Por otro lado, de forma generalizada se podría decir que un gen de resistencia es una secuencia específica en el código genético de la planta cuya labor es, cuando se produce la detección del virus en el organismo, activar un mecanismo de defensa e impedir o retardar la reproducción del virus. Es decir, evita que el virus se multiplique utilizando las células de la planta sana. Sin este mecanismo de defensa, el virus alteraría su metabolismo de forma gradual induciendo el desarrollo de síntomas y un deterioro de la planta que impide un crecimiento adecuado. Los síntomas pueden variar desde simples cambios de color hasta necrosis severa o muerte súbita de la planta. La enfermedad en la que se basa la presente investigación es el virus del rizado amarillo del tomate, cuyo nombre y nomenclatura se ha definido como Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). Es un virus que desde su aparición en 1939 sigue afectando gravemente a los cultivos de tomate de todo el mundo, en parte debido a su facilidad para recombinar y aparición de nuevas mutaciones. El virus es transmitido por la mosca blanca (Bemisia tabaci), y puesto que las medidas dirigidas a controlar las poblaciones de B. tabaci no resultan del todo efectivas y siempre hay riesgo de infección, el mejor mecanismo de defensa es la resistencia genética. Hasta el momento se han descrito 6 genes para TYLCV, Ty- 1, Ty-2, Ty-3, Ty-4, ty-5 y Ty-6, pero todos condicionan niveles variables de tolerancia, ninguno ofrece resistencia completa. Esto quiere decir que aunque se dispongan de materiales con alguno de estos genes, el virus puede desarrollarse en diferentes grados, dependiendo del fondo genético de la planta, de la cepa del virus o de los factores ambientales. Dicho lo anterior, la mejor estrategia es la acumulación de varios de estos genes para obtener niveles más altos de resistencia y que el virus encuentre más barreras para infectar la planta. La estrategia que se siguió en este estudio fue complementar la resistencia a TYLCV mediante la introgresión de genes de resistencia asistida por marcadores moleculares y obtener semillas con Ty-1 y ty-5, para posteriormente con todas las combinaciones de estos dos genes (plantas con los dos genes, plantas con cada uno de los genes y plantas sin ninguno de estos genes), evaluar su comportamiento, tanto a nivel de caracteres productivos y de calidad como a nivel de acumulación de carga viral. A modo de resumen se enumeran de forma general las fases que se desarrollaron para poder llevar a cabo este trabajo y cumplir el objetivo de la tesis doctoral. Partiendo de líneas de mejora con el Ty-1 ya introducido: se realizaron los retrocruzamientos correspondientes al otro gen, el ty-5; se obtuvieron las semillas con las características deseadas en suficientes cantidades para poder realizar los ensayos, tanto de campo como en condiciones controladas; a continuación, se procedió a la toma de datos, análisis e interpretación de los resultados para finalmente ser publicados en dos artículos en revistas científicas de alto impacto. La tesis doctoral se presenta por compendio de artículos: “Effect of Introgression of Ty-1 and ty-5 Genes on Productivity, Quality and Antioxidant Compounds in De la Pera Tomato Breeding Lines” y “Assessment of resistance of Ty-1 and ty-5 genes in Solanum lycopersicum plants infected with Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV)”.

Two traditional tomato varieties have been studied: Muchamiel and De la pera, with the aim of increasing resilience against one of the main virus affecting this important crop, both at a global and national level. As in any other crop, the appearance of pests and diseases makes it necessary to carry out certain tasks to combat them and avoid the loss and/or reduction of the harvest. Viruses are micro-organisms that need another living being in order to develop. These viral diseases are usually combated by controlling the way in which the virus transmits itself, or by introducing resistance genes to these diseases. Viruses affecting plants can be transmitted in different ways: vegetatively, mechanically, through seed and pollen, and mainly through vectors such as insects, nematodes, mites and fungi. On the other hand, in general terms, a resistance gene is a specific sequence in the genetic code of the plant whose task, when the virus is detected in the organism, is to activate a defence mechanism and prevent or delay the reproduction of the virus. In other words, it prevents the virus from multiplying using the cells of the healthy plant. Without this defence mechanism, the virus would gradually alter its metabolism inducing the development of symptoms and a deterioration of the plant that prevents proper growth. Symptoms can range from simple colour changes to severe necrosis or sudden death of the plant. The disease on which this research is based is Tomato yellow leaf curl virus, whose name and nomenclature has been defined as Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV). It is a virus that, since its emergence in 1939, continues to severely affect tomato crops worldwide, partly due to its ease of recombination and the emergence of new mutations. The virus is transmitted by the whitefly (Bemisia tabaci), and since measures to control B. tabaci populations are not entirely effective and there is always a risk of infection, the best defence mechanism is genetic resistance. So far, 6 genes have been described for TYLCV, Ty-1, Ty-2, Ty-3, Ty-4, ty-5 and Ty-6, but all of them condition variable levels of tolerance, none of them offers complete resistance. This means that, even if materials with some of these genes are available, the virus can develop to different degrees, depending on the genetic background of the plant, the virus strain or environmental factors. That said, the best strategy is the accumulation of several of these genes to obtain higher levels of resistance and for the virus to encounter more barriers to infect the plant. The strategy followed in this study was to complement resistance to TYLCV through the introgression of resistance genes assisted by molecular markers, and to obtain seeds with Ty-1 and ty-5, and subsequently with all combinations of these two genes (plants with both genes, plants with each of the genes and plants without either of these genes), to evaluate their behaviour, both in terms of productive and quality traits and in terms of viral load accumulation. By way of summary, the phases that were developed in order to carry out this work and fulfil the objective of the doctoral thesis are listed in general terms. Starting from breeding lines with Ty-1 already introduced: the backcrosses corresponding to the other gene, ty-5, were carried out; seeds with the desired characteristics were obtained in sufficient quantities to be able to carry out the tests, both in the field and under controlled conditions; then, the data were collected, analysed and the results interpreted to be finally published in two articles in high-impact scientific journals. The doctoral thesis is presented as a compendium of articles: ‘Effect of Introgression of Ty-1 and ty-5 Genes on Productivity, Quality and Antioxidant Compounds in De la Pera Tomato Breeding Lines’ and ‘Assessment of resistance of Ty-1 and ty-5 genes in Solanum lycopersicum plants infected with Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV)’.