Eficiência de novas fontes de resistência em tomateiro contra diferentes espécies de Begomovirus bipartidos e localização cromossômica do locus tcm-1

Abstract

A família Geminiviridae é caracterizada por espécies virais com partículas de morfologia geminada e genoma composto por DNA circular de fita simples, sendo o gênero Begomovirus o mais importante em termos de número de espécies e impacto econômico. Os begomovírus do Novo Mundo, em sua maioria, possuem dois componentes genômicos (DNA-A e DNA-B), são transmitidos por Bemisia tabaci (mosca-branca) e infectam plantas dicotiledôneas. A forma mais eficiente de controle tem sido o emprego de cultivares resistentes ao vírus e/ou ao vetor. No entanto, os dados referentes à eficiência e ao espectro da resposta das diferentes fontes de resistência para as espécies que compõe o complexo de begomovírus bipartidos do Brasil ainda são escassos. Os principais fatores de resistência empregados têm sido os loci Ty-1 e Ty-3 derivados de S. chilense. No entanto, a linhagem ‘TX-468-RG’ (portadora do gene recessivo tcm-1) derivada de ‘Tyking’ tem se destacado entre as diversas fontes por apresentar elevados níveis de resistência contra uma ampla gama de espécies de begomovírus de genoma bipartido do Brasil e monopartido da Europa. A estratégia de piramidização de genes de resistência aos begomovírus, para ser eficiente, requer o uso de marcadores moleculares em sistemas de melhoramento assistido para monitorar a incorporação de diferentes loci (dominantes e recessivos), especialmente por eles conferem idêntico fenótipo. No entanto, até o presente momento, não foram desenvolvidos trabalhos visando identificar a localização cromossômica ou desenvolver marcadores moleculares para monitorar a incorporação do locus tcm-1 em programas de seleção assistida. No Capítulo 2, a linhagem ‘TX-468-RG’(controle resistente) e cinco novas fontes/acessos de S. lycopersicum que se mostraram como promissoras fontes em ensaios conduzidos em telado e campo (‘LAM 100’, ‘LAM 156’, ‘LAI 132’, ‘H-24’ e ‘Ty-198’) foram inoculadas via bombardeamento de micropartículas com clones infectivos de quatro espécies do complexo de begomovírus bipartidos do Brasil: Tomato severe rugose virus (ToSRV); Tomato rugose mosaic virus (ToRMV); Tomato yellow vein streak virus (ToYVSV) e Tomato chlorotic mottle virus (ToCMoV). A cultivar ‘Viradoro’ foi utilizada como controle suscetível. A acumulação do DNA viral nos diferentes acessos foi monitorada via Southern Blot. ‘Viradoro’ apresentou sintomas severos e alto acúmulo de DNA para todos os vírus. O acesso ‘H-24’ (fonte do locus Ty-2 introgredido de S. habrochaites) se mostrou suscetível ao ToSRV e ToRMV. A linhagem ‘LAI 132’ mostrou resistência efetiva apenas contra ToCMoV. ‘TX-468-RG’ e os acessos ‘LAM 100’, ‘LAM 156’ e ‘Ty-198’ foram resistentes a todas as espécies virais, sendo, portanto, recomendados como fontes preferenciais em programas de melhoramento, para incorporar fatores de resistência de mais amplo espectro. Uma análise foi conduzida com um painel de marcadores moleculares ligados aos principais loci de resistência a begomovírus caracterizados em tomateiro (Ty-1, Ty-2, Ty-3, Ty-4 e Ty-5/ty-5). Os resultados indicaram que os acessos ‘LAI 132’, ‘LAM 100’, ‘LAM 156’ e ‘Ty-198’ representam fontes de novos genes e/ou alelos de resistência. No Capítulo 3 o objetivo foi identificar e ancorar marcadores moleculares associados com o gene/locus tcm-1 no genoma-referência do tomateiro, permitindo a localização física desse fator de resistência. Os resultados da análise de uma população F2 segregando para reação a um isolado do ToSRV e da caracterização molecular de um painel de marcadores do tipo SCAR e CAPS associados com a resistência indicaram que o gene tcm-1 está localizado no topo do cromossomo 6. O locus tcm-1 se encontra em ligação estreita com um grupamento (‘cluster’) de genes de resistência que engloba a região genômica contendo os genes Ty-1 e Mi. Recentemente, um locus recessivo no cromossomo 4 controlando resistência a isolados da espécie de genoma monopartido Tomato yellow leaf curl virus foi reportado na Flórida. Essa região genômica contem o gene dominante Ty-5 e uma provável variante alélica de natureza recessiva (também derivada do híbrido ‘Tyking’) nomeada como ty-5. Embora polimórficos na população de mapeamento utilizada no presente trabalho, os marcadores moleculares para o locus Ty-5/ty-5 não se mostraram associados com a resposta de resistência ao ToSRV. Desta forma, nossos resultados indicam que tcm-1 e Ty-5/ty-5 são fatores genéticos distintos e que o híbrido ‘Tyking’ (fonte original do locus tcm-1) pode representar uma pirâmide de diferentes genes recessivos do tipo espécie-específico que, quando em associação, se mostram efetivos contra uma ampla gama de espécies de Begomovirus de genoma monopartido e bipartido de diferentes continentes. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The Geminiviridae family is composed by virus species with geminated particles and circular, single-stranded DNA genome. The genus Begomovirus is the most important within this family in terms of number of species as well as in economic impact. The majority of begomoviruses from the New World has two genomic components (DNA-A and DNA-B), and they are transmitted to dicotyledonous plants by the whitefly Bemisia tabaci. The most efficient disease control strategy is the employment of cultivars with genetic resistance to either the virus or its vector. However, the amount of information available about the phenotypic expression, as well as the spectrum of efficiency of the distinct Solanum (section Lycopersicon) resistance sources to Brazilian begomovirus is still limited. So far, the Ty-1 and Ty-3 loci (introgressed from accessions of the wild species S. chilense) are the most employed resistance factors. The inbred line ‘TX-468-RG’ derived from the hybrid S. lycopersicum ‘Tyking’ is one of the most important sources of wide-spectrum resistance, being effective against a wide range of begomovirus isolates from both bipartite species from Brazil and monopartite species from Europe. To increase the efficiency of the pyramidization process, the establishment of a marker assisted selection system to all known (dominant and recessive) begomovirus resistance loci is necessary. However, molecular markers are still not available for the tcm-1 locus and even its genomic location is yet unknown. In Chapter 2, ‘TX-468-RG’ (resistant control due to presence of the recessive locus tcm-1) and five new accessions identified as promising sources of resistance in assays conducted under either greenhouse orfield conditions (named as ‘LAM 100’, ‘LAM 156’, ‘LAI 132’, ‘H-24’ and ‘Ty-198’), were evaluated in biolistic assays with infective clones of four begomovirus of the Brazilian complex virus: Tomato severe rugose virus (ToSRV); Tomato rugose mosaic virus (ToRMV); Tomato yellow vein streak virus (ToYVSV) and Tomato chlorotic mottle virus (ToCMoV). The tomato cultivar ‘Viradoro’ was employed as susceptible control. Virus accumulation was monitored in all accessions via Southern Blot assays using a universal probe. ‘Viradoro’ displayed severe symptoms and high viral DNA accumulation in all assays. The line ‘H-24’ (source of Ty-2 locus introgressed from S. habrochaites) displayed a susceptible reaction to ToSRV and ToRMV. The accession ‘LAI 132’ displayed a peculiar species-specific resistant reaction only to ToCMoV. The ‘TX-468-RG’ as well as the accessions ‘LAM 100’, ‘LAM 156’ and ‘Ty-198’ were resistant to all virus species, being, therefore, recommended for preferential use in breeding programs aiming to develop lines with wider spectrum of resistance. Analyses conducted with a panel of molecular markers linked to all currently characterized begomovirus resistance loci in tomato (Ty-1, Ty-2, Ty-3, Ty-4 e Ty-5/ty-5) indicated that ‘LAI 132’, ‘LAM 100’, ‘LAM 156’ and ‘Ty-198’ are sources of either new genes or alleles for begomovirus resistance. In Chapter 3, molecular markers were developed in association with tcm-1 and were anchored in the reference tomato genome, aiming to develop efficient marker-assisted selection systems for this locus. Co-segregation analyses of an F2 population inoculated with an ToSRV isolate and the molecular characterization of a panel of SCAR and CAPS markers linked to the resistant reaction indicated that tcm-1 is located on the top of the chromosome 6 in linkage with a the well-characterized cluster of resistance genes, encompassing the Ty-1 and Mi loci. More recently, a recessive resistance to Florida isolates of the monopartite Tomato yellow leaf curl virus was also was characterized in inbred lines derived from the hybrid ‘Tyking’. This gene and its putative allelic variant (located in chromosome 4) have been tentatively named as Ty-5/ty-5. Even though polymorphic in our mapping population, the molecular marker linked with the Ty-5/ty-5 genomic region segregated independently from the resistant reaction to ToSRV. Therefore, our results indicated that tcm-1 and Ty-5/ty-5 are distinct resistance factors, and that ‘Tyking’ (the original source of the locus tcm-1) might represent a pyramid of distinct Begomovirus species-specific recessive genes, that in association might confer effective reaction observed against a range of monopartite and bipartite species in distinct continents.