Estratégias para o desenvolvimento de resistência ampla e durável em Solanum (secção Lycopersicon) a Potyvirus e Tospovirus

Abstract

Diversas doenças de etiologia viral têm sido relatadas afetando a tomaticultura em todo mundo causando importantes perdas qualitativas e quantitativas. Dentre as principais doenças viróticas estão as causadas pelo gênero Tospovirus e pelo gênero Potyvirus. Os tospovírus (família Bunyaviridae) são responsáveis pela doença conhecida como vira-cabeça que causa severas perdas anuais. Espécies desse gênero possuem distribuição mundial e apresentam grande diversidade de espécies infectando uma vasta gama de hospedeiros. O principal fator de resistência empregado no melhoramento genético do tomateiro para resistência ampla a diferentes espécies de tospovírus é o gene Sw-5. Plantas com este gene apresentam reações de hipersensibilidade nas folhas inoculadas que restringem a infecção viral sistêmica. Porém, a quebra deste gene de resistência já foi reportada em diferentes partes do mundo. Além dos tospovírus, espécies do gênero Potyvirus representam uma constante ameaça à cultura do tomate. Uma nova espécie de Potyvirus, o Pepper yellow mosaic virus (PepYMV), foi identificada inicialmente em pimentão, mas também é capaz de afetar tomateiros, hospedeiro no qual pode causar perdas de até 100%. Trabalhos de buscas de fontes de resistência a PepYMV em tomate já foram iniciadas, mas o germoplasma explorado ainda representa um número reduzido de acessos. Esta tese apresenta a avaliação de coleções de germoplasma visando identificar novas fontes de resistência tanto a PepYMV quanto às espécies neotropicais de Tospovirus. Além disso, foi desenvolvido um marcador co-dominante para o gene Sw-5, capaz de identificar indivíduos resistentes através de uma simples PCR. Foi também realizada uma análise preliminar do componente de avirulência da interação Sw-5/Tomato spotted wilt virus (TSWV) através do uso de construções contendo os genes independentes de TSWV, isolados BR-01 (avirulento ao gene Sw-5) e o isolado GRAU (capaz de quebrar a resistência conferida por Sw-5), em uma plataforma baseada em Nicotiana benthamiana transgênica expressando o gene Sw-5. Em relação à identificação de novas fontes de resistência a potyvírus e tospovírus (Capítulos 2 e 3, respectivamente), acessos de S. habrochaites se mostraram como fontes promissoras de resistência a PepYMV bem como a Potato virus Y (PVY). Por outro lado, acessos de S. peruvianum confirmaram esta espécie como a principal fornecedora de fatores de resistência a tospovírus. Observou-se que um acesso de S. chilense, bem como uma seleção de um acesso de S. lycopersicum, apresentaram bons níveis de resistência/tolerância às espécies de tospovírus testadas. Ambas as análises foram comparadas com levantamentos previamente realizados por outros grupos. O marcador específico para Sw-5 (Capítulo 4) foi avaliado em uma ampla gama de acessos, apresentando um perfil único capaz de distinguir acessos resistentes e suscetíveis em todas as situações, comprovando sua eficiência como uma nova ferramenta para sistemas de seleção assistida e, mesmo para potencial isolamento de alelos ou análogos deste gene em tomate e outras solanáceas. A análise do componente de avirulência do TSWV (Capítulo 5) apontou que nenhum dos genes virais avaliados (Nsm, os precursores das glicoproteínas, N e Nss) parece estar envolvido, de maneira independente, com o processo de indução do mecanismo de reconhecimento pelo gene Sw-5. Nenhum dos genes testados induziu a reação típica de hipersensibilidade característica da infecção causada por TSWV em genótipos contendo esse gene de resistência. A estratégia usada nesse estudo também demonstrou que o modelo biológico representado por N. benthamiana transgênica, expressando uma cópia ativa do gene Sw-5, é adequada para o estudo de mecanismos envolvidos com a resistência a tospovírus, assim como para o estudo da superação dessa resistência por isolados virulentos. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Many diseases of viral etiology have been identified affecting tomato production worldwide, causing important qualitative and quantitative losses. Among the main viral diseases, there are the ones caused by the genus Tospovirus and the genus Potyvirus. The Tospovirus (family Bunyaviridae) are responsible for the disease known as vira-cabeça, causing severe annual losses, mainly in horticultural crops. Species of this genus have a worldwide distribution and a great number of species infecting a vast array of hosts. The main resistance factor employed in tomato breeding for broad spectrum resistance to different tospovirus species is the Sw-5 gene. Plants that harbor this gene express hypersensitivity reactions that restrict the viral systemic infection. However, the breaking of this resistance gene has already been reported in different parts of the world. Apart from tospoviruses, species of the genus Potyvirus represent a constant threat to tomato culture. A new species of this genus, Pepper yellow mosaic virus (PepYMV), was initially identified in pepper but it is also capable of infecting tomatoes, causing up to 100% losses. The search for resistance sources for PepYMV on tomato have already started, but the explored germplasm still represents a reduced number of accessions. This thesis shows the evaluation of germplasm collections seeking to identify new resistance sources to PepYMV and to the neotropical species of tospoviruses. Beyond that, a co-dominant marker for the Sw-5 gene was developed, capable of identifying resistant individuals through a simple PCR. A preliminary analysis of the avirulence component of the Sw-5/Tomato spotted wilt virus (TSWV) interaction was also done, using constructions containing independent TSWV genes, isolates BR-01 (avirulent for the Sw-5 gene) and GRAU (capable of breaking the Sw-5 gene resistance), using a platform based on transgenic Nicotiana benthamiana expressing the Sw-5 gene. In relation to the identification of the new resistance sources (Chapters 2 and 3, respectively), accessions of S. habrochaites showed to be promising sources of resistance to both PepYMV and Potato virus Y (PVY). On the other hand, accessions of S. peruvianum confirmed this species as the main source of resistance factors to tospoviruses. An accession of S. chilense and a selection of an accession of S. lycopersicum, showed good resistance/tolerance levels to the tospovirus species tested. Both analyses where compared to screenings that where previously done. The Sw-5 specific marker (Chapter 4) was evaluated with a broad array of accessions, showing a profile capable of identifying resistant and susceptible accessions in all situations. Therefore, this marker represents an efficient new tool for assisted selection systems and its future potential use for isolation or detection of alleles or analogous genes in tomato and other solanaceous species. The avirulence component analysis showed that none of the viral genes that where evaluated (Nsm, the glycoprotein precursors, N and Nss) seems to be related in an independent manner with the induction process of the Sw-5 gene recognition mechanism. None of the genes tested was able to induce typical hypersensitive reaction observed when tomato genotypes containing this resistance gene are challenged by TSWV. The strategy used in this study also demonstrated that the biological model represented by transgenic N. benthamiana expressing an active copy of the Sw-5 gene is suitable for analyzing the mechanisms involved in tospovirus resistance. In addition, this system can also be used to investigate Sw-5- resistance breaking isolates.