[EN] Tomato yellow leaf curl disease (TYLCD) causes great damage in tomato (Solanum
lycopersicum L.) crops in south-eastern Spain and in many tropical and subtropical areas in
the world. The disease is caused by a complex of viruses, all belonging to the genus
Begomovirus, family Geminiviridae. Nine species have been reported causing TYLCD and
six more have been proposed as tentative species. Four viral species associated with
TYLCD are present in Spain. Preventive measures to fight the disease, as well as measures
based on controlling the insect vector (Bemisia tabaci Gen.) are not effective, so the
development of resistant varieties seems the best long term strategy. Given that resistance
has not been reported in the cultivated species, screening for resistance has been focused
on wild tomato relatives. Resistance has been found in different wild species and some
resistant breeding lines and commercial varieties have been developed. Ty-1, derived from
S. chilense LA1969, is the most frequently used gene. Advances in genetic engineering
techniques have also been exploited in developing plant material with pathogen derived
resistance.
However, resistant varieties currently available are not a solution, as with high
inoculum pressure conditions and early infections, plants still develop symptoms and yield
losses are caused. For that reason, many research groups continue working worldwide to
obtain plants with high levels of resistance to TYLCD. Current breeding objectives are the
development of broad spectrum resistance to several begomovirus, the accumulation of
resistance genes from different sources to increase the levels of resistance and the
identification of molecular markers tightly linked to resistance genes, which allows
shortening breeding programmes and accumulating different resistance genes in the same
plant material.
This work has been developed in the research group ‘Breeding for resistance to
Tomato yellow leaf curl disease’ of the Institute for Conservation and Improvement of
Agrodiversity (COMAV). When this project was initiated, several resistant plant materials
had been developed from previous works of the group.
Twelve breeding lines derived from S. chilense LA1932 and LA1938 were
available. These lines were resistant to Tomato yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV),
the first viral species described in Spain causing TYLCD. It was of interest the evaluation
of resistance in these lines to Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), introduced later in
Spain and spread worldwide. Six breeding lines showed high levels of partial resistance to
TYLCSV and TYLCV. The resistance consisted on attenuation and delay in symptom
development, as well as reduction in viral accumulation. Significant yield losses due to
viral infection were not observed in these lines. These lines also show good horticultural
traits which make them appropriate to be base material for developing commercial hybrids
resistant to both, TYLCSV and TYLCV.
High levels of resistance have also been identified in S. pimpinellifolium
UPV16991. The resistance has already been fixed in the genetic background of S.
lycopersicum. It was convenient to determine the genetic control of the resistance and the
expression in tomato background, before using it in breeding programmes. For these
purposes L102 was selected. L102 belongs to the F6 generation, after the initial cross S.
lycopersicum NE-1 x S. pimpinellifolium UPV16991. Resistance to TYLCV in L102 is
controlled by one gene, with partial recessiveness and incomplete penetrance. Moreover,
the expression of resistance strongly depends on S. lycopersicum background in which it is
introgressed. The highest levels of resistance are obtained when crossing L102 with
vigorous lines. So, we recommend to use UPV16991-derived resistance in the
development of vigorous hybrids in homozygosis or combined with resistance from other
sources.
To exploit resistance derived from UPV16991, L102 and some other lines with the
same origin were crossed with a breeding line homozygous for Ty-1. Resistance was then
evaluated in several plant material heterozygous for both, Ty-1 and the resistance gene
from UPV16991. These plant materials showed higher levels of resistance than
heterozygotes for each of the genes. Resistance in one of the hybrids was even higher than
in homozygotes for each of the genes. These results show that combining resistance from
UPV16991 with Ty-1 is the most practical approach to exploiting this resistance, since it
allows the development of hybrids without the need of fixing the resistance gene in both
parents.
Finally, availability of molecular markers tightly linked to the resistance genes is
essential to accumulate resistance from different sources. Some molecular markers tightly
linked to Ty-1 have been reported. However, in all cases, S. peruvianum-derived Mi gene
interferes with these markers, causing false positive results. In this work, a molecular
marker, JB-1, tightly linked to Ty-1 has been identified. This is a CAPS (Cleaved
Amplified Polymorphic DNA) marker. The presence of Mi, as well as introgressions from
other wild tomato relatives such as S. lycopersicum (formerly Lycopersicon esculentum
var. cerasiforme), S. habrochaites and S. pimpinellifolium do not interfere with the results
for this marker. In addition, the analysis of several plant material with introgressions from
different wild tomato relatives has allowed the location of CT21, the RFLP (Restriction
Fragment Length Polymorphism) marker from which JB-1 was designed. / [ES] La enfermedad del rizado amarillo del tomate (Tomato yellow leaf curl disease,
TYLCD) causa graves daños en los cultivos de tomate (Solanum lycopersicum L.) del
sudeste español y de la mayor parte de las zonas tropicales y subtropicales de todo el
mundo. La enfermedad está causada por un complejo de virus pertenecientes al género
Begomovirus, familia Geminiviridae. Se han descrito nueve especies causantes de TYLCD
y otras seis han sido propuestas. En España están presentes cuatro de las especies virales
asociadas a TYLCD. Las medidas preventivas de lucha contra la enfermedad, así como las
basadas en el control del insecto vector transmisor (Bemisia tabaci Gen.) no resultan
efectivas por si mismas, de forma que el desarrollo de materiales resistentes supone la
mejor estrategia de lucha a largo plazo. Dado que en la especie cultivada no se han descrito
entradas resistentes, la búsqueda de fuentes de resistencia se ha centrado en las especies
silvestres del género relacionadas con el tomate. Se ha encontrado resistencia en distintas
entradas de algunas de estas especies y se han desarrollado líneas de mejora y materiales
comerciales con resistencia procedente de algunas de ellas. El gen Ty-1, derivado de la
entrada LA1969 de S. chilense, ha sido el más empleado para la obtención de líneas e
híbridos comerciales resistentes. Por otra parte, haciendo uso de los avances en las técnicas
de ingeniería genética, también se han desarrollado materiales con resistencia derivada del
patógeno.
Sin embargo, los materiales resistentes disponibles hasta el momento no suponen
una solución definitiva al problema, ya que, con presiones fuertes de inóculo o infecciones
tempranas, las plantas desarrollan síntomas de la enfermedad, produciéndose pérdidas de
producción. Por este motivo, numerosos grupos de investigación continúan trabajando a
nivel mundial con la finalidad de obtener materiales con niveles elevados de resistencia a
TYLCD. Entre los objetivos actuales de mejora se incluyen el desarrollo de resistencia de
amplio espectro a varios begomovirus, la combinación de genes de distinta procedencia
para conseguir mayores niveles de resistencia y la identificación de marcadores
moleculares ligados a los genes de resistencia que permitan acortar los programas de
mejora y acumular en un mismo material genes de resistencia de distintas fuentes.
El grupo de “Mejora para la resistencia a la enfermedad del rizado amarillo del
tomate”, del Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana
(COMAV), en el que se ha realizado la presente tesis doctoral, disponía al inicio de la
misma de distintos materiales con resistencia a TYLCD, desarrollados en trabajos previos.
Entre estos materiales se encontraban 12 líneas de mejora derivadas de la entradas
LA1932 y LA1938 de S. chilense, seleccionadas por su resistencia a la especie Tomato
yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV), la primera especie viral causante de TYLCD
detectada en España. Resultaba de interés evaluar la respuesta de estos materiales a la
especie Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), introducida posteriormente en España y
más extendida a nivel mundial. Seis de las líneas evaluadas han mostrado niveles elevados
de resistencia parcial a TYLCSV y TYLCV, consistente en la atenuación en la
manifestación de síntomas y retraso en el momento de aparición de los mismos, además de
en la reducción de la acumulación viral. Además, no se han observado en estas líneas
pérdidas significativas en el rendimiento como consecuencia de la infección por TYLCV.
Las características agronómicas las hacen apropiadas como parentales para el desarrollo de
híbridos con elevada resistencia a TYLCSV y TYLCV.
Por otra parte, se habían identificado niveles elevados de resistencia en la entrada
UPV16991 de S. pimpinellifolium. Una vez fijada la resistencia en el fondo genético de S.
lycopersicum, y como paso previo al empleo en programas de mejora, era conveniente
determinar el control genético de la misma, así como conocer su expresión en el fondo
genético de la especie cultivada. Para ello se ha empleado la línea L102, que corresponde a
la quinta generación de autofecundación a partir del cruce inicial S. lycopersicum NE-1 x
S. pimpinellifolium UPV16991. Se ha comprobado que la resistencia parcial a TYLCV de
la línea L102 está controlada por un gen con recesividad parcial y penetración incompleta.
Además, la expresión de la misma depende considerablemente del fondo genético de S.
lycopersicum en el que se introgresa, obteniéndose los mayores niveles de resistencia en
cruces con líneas vigorosas. Por todo esto, se recomienda el uso de esta resistencia bien en
homocigosis en el desarrollo de híbridos vigorosos, bien en combinación con resistencia
procedente de otras fuentes.
En este sentido, se decidió evaluar la resistencia en materiales que combinaban el
gen Ty-1 y el gen derivado de UPV16991, ambos en heterocigosis. El nivel de resistencia
en estos materiales ha sido superior al mostrado por los heterocigotos para cada uno de los
genes, e incluso en algún caso se ha superado la resistencia de los homocigotos para cada
uno de los genes. Esto indica que la combinación de la resistencia derivada de UPV16991
con el gen Ty-1 es la aproximación más práctica para la utilización de esta resistencia, ya
que evita la necesidad de fijar el gen de resistencia en ambos parentales.
Por último, para la acumulación de resistencia de distinta procedencia en un mismo
material, resulta imprescindible disponer de marcadores moleculares ligados a los genes de
resistencia. Se han descrito algunos marcadores ligados al gen Ty-1, sin embargo, la
presencia del gen Mi, derivado de S. peruvianum, interfiere con los resultados para estos
marcadores, obteniéndose falsos positivos. En este trabajo se ha identificado un marcador
molecular, JB-1, tipo CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic DNA) ligado al gen de
resistencia Ty-1. La presencia del gen Mi, así como introgresiones de otras especies como
S. lycopersicum (antes Lycopersicon esculentum var. cerasiforme), S. habrochaites y S.
pimpinellifolium, no interfieren con los resultados para este marcador. Además, el análisis
de materiales con introgresiones de distintas especies silvestres relacionadas con el tomate
para varios marcadores de la región del Ty-1 ha permitido localizar el marcador CT21, el
RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) a partir del cual se desarrolló JB-1. / [CA] La malaltia de l’arrissat groc de la tomaca (Tomato yellow leaf curl disease,
TYLCD) causa greus danys als cultius de tomaca (Solanum lycopersicum L.) del sud-est
espanyol i de la major part de les zones tropicals i subtropicals de tot el món. La malaltia
està causada per un complex de virus pertanyents al gènere Begomovirus, família
Geminiviridae. S’han descrit nou espècies causants de TYLCD i altres sis han sigut
proposades. A Espanya estan presents quatre de les espècies virals associades a TYLCD.
Les mesures preventives de lluita contra la malaltia, així com les basades en el control de
l’insecte vector transmissor (Bemisia tabaci Gen.) no resulten efectives per si mateixes, de
manera que el desenvolupament de materials resistents suposa la millor estratègia de lluita
a llarg termini. Atés que en l’espècie cultivada no s’han descrit entrades resistents, la
recerca de fonts de resistència s’ha centrat en les espècies silvestres del gènere
relacionades amb la tomaca. S’ha trobat resistència en distintes entrades d’algunes d’estes
espècies i s’han desenvolupat línies de millora i materials comercials amb resistència
procedent d’algunes d’elles. El gen Ty-1, derivat de l’entrada LA1969 de S. chilense, ha
sigut el més utilitzat per a l’obtenció de línies i híbrids comercials resistents. D’altra banda,
fent ús dels avanços en les tècniques d’enginyeria genètica, també s’han desenvolupat
materials amb resistència derivada del patogen.
No obstant, els materials resistents disponibles fins al moment no suposen una
solució definitiva al problema, ja que, amb pressions fortes d’inòcul o infeccions
primerenques, les plantes desenvolupen símptomes de la malaltia, produint-se pèrdues de
producció. Per este motiu, nombrosos grups d’investigació continuen treballant a nivell
mundial amb la finalitat d’obtindre materials amb nivells elevats de resistència a TYLCD.
Entre els objectius actuals de millora s’inclouen el desenvolupament de resistència d’ampli
espectre a diversos begomovirus, la combinació de gens de distinta procedència per a
aconseguir majors nivells de resistència i la identificació de marcadors moleculars lligats
als gens de resistència que permeten acurtar els programes de millora i acumular en un
mateix material gens de resistència de distintes fonts.
El grup de “Millora per a la resistència a la malaltia de l’arrissat groc de la tomaca”,
de l’Institut de Conservació i Millora de l’Agrodiversitat Valenciana (COMAV), en el que
s’ha realitzat la present tesi doctoral, disposava a l’inici de la mateixa, de distints materials
amb resistència a TYLCD, desenvolupats en treballs previs.
Entre estos materials es trobaven 12 línies de millora derivades de l’entrades
LA1932 i LA1938 de S. chilense, seleccionades per la seua resistència a l’espècie Tomato
yellow leaf curl Sardinia virus (TYLCSV), la primera espècie viral causant de TYLCD
detectada a Espanya. Resultava d’interés avaluar la resposta d’estos materials a l’espècie
Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), introduïda posteriorment a Espanya i més estesa a
nivell mundial. Sis de les línies avaluades han mostrat nivells elevats de resistència parcial
a TYLCSV i TYLCV, consistent en l’atenuació en la manifestació de símptomes, retard en
el moment d’aparició dels mateixos i reducció de l’acumulació viral. A més, no s’han
observat en estes línies pèrdues significatives en el rendiment com a conseqüència de la
infecció per TYLCV. Les característiques agronòmiques les fan apropiades com a
parentals pel desenvolupament d’híbrids amb elevada resistència a TYLCSV i TYLCV.
D’altra banda, s’havien identificat nivells elevats de resistència en l’entrada
UPV16991 de S. pimpinellifolium. Una vegada fixada la resistència en el fons genètic de S.
lycopersicum, i com a pas previ a l’ús en programes de millora, era convenient determinar
el control genètic de la mateixa, així com conéixer la seua expressió en el fons genètic de
l’espècie cultivada. Per a això s’ha emprat la línia L102, que correspon a la quinta
generació d’autofecundació a partir del creuament inicial S. lycopersicum NE-1 x S.
pimpinellifolium UPV16991. S’ha comprovat que la resistència parcial a TYLCV de la
línia L102 està controlada per un gen amb recessivitat parcial i penetració incompleta. A
més, l’expressió de la mateixa depén considerablement del fons genètic de S. lycopersicum
en el que s’introgresa, obtenint-se els majors nivells de resistència en creuaments amb
línies vigoroses. Per tot açò, es recomana l’ús d’esta resistència bé en homozigosis en el
desenvolupament d’híbrids vigorosos, bé en combinació amb resistència procedent d’altres
fonts.
En este sentit, es va decidir avaluar la resistència en materials que combinaven el
gen Ty-1 i el gen derivat d’UPV16991, ambdós en heterozigosis. El nivell de resistència en
estos materials ha sigut superior al mostrat pels heterozigots per a cada un dels gens, i fins i
tot en algun cas s’ha superat la resistència dels homozigots per a cada un dels gens. Açò
indica que la combinació de la resistència derivada d’UPV16991 amb el gen Ty-1 és
l’aproximació més pràctica per a la utilització d’esta resistència, ja que evita la necessitat
de fixar el gen de resistència en ambdós parentals.
Finalment, per a l’acumulació de resistència de distinta procedència en un mateix
material, resulta imprescindible disposar de marcadors moleculars lligats als gens de
resistència. S’han descrit alguns marcadors lligats al gen Ty-1, no obstant, la presència del
gen Mi, derivat de S. peruvianum, interferix amb els resultats per a estos marcadors,
obtenint-se falsos positius. En este treball s’ha identificat un marcador molecular, JB-1,
tipus CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic DNA) lligat al gen de resistència Ty-1. La
presència del gen Mi, així com introgresions d’altres espècies com S. lycopersicum (abans
Lycopersicon esculentum var. cerasiforme), S. habrochaites i S. pimpinellifolium, no
interferixen amb els resultats per a este marcador. A més, l’anàlisi de materials amb
introgresions de distintes espècies silvestres relacionades amb la tomaca per a diversos
marcadors de la regió del Ty-1 ha permés localitzar el marcador CT21, el RFLP
(Restriction Fragment Length Polymorphism) a partir del qual es va desenvolupar JB-1. / This research was supported by the “Ministerio de Ciencia y Educación”, project number AGL2001-1857-C04-03. / Pérez De Castro, AM. (2007). Mejora genética para la resistencia a los geminivirus tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) y tomato yellow leaf curl sardinia virus (TYLCSV) en tomate [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135825 / TESIS
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/135825 |
| Date | 16 January 2020 |
| Creators | Pérez de Castro, Ana María |
| Contributors | Díez Niclós, Mª José Teresa de Jesús, Nuez Viñals, Fernando, Universitat Politècnica de València. Departamento de Biotecnología - Departament de Biotecnologia, Ministerio de Ciencia y Tecnología |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | Spanish, English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/MICYT//AGL2001-1857-C04-03 |
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