Efecto de la introducción de genes de resistencia a ToMV, TSWV y TYLCV

Desarrollo de variedades resistentes de tomate de Pera

F. Rubio, S.García-Martínez, A. Alonso, B. Chacón, A. Grau, M. Valero y  J.J. Ruiz, departamento de Biología Aplicada. EPSO-UMH

07/06/2012

7 de junio de 2012

A fin de evaluar los efectos de la introducción de los genes de resistencia a las virosis causadas por ToMV (gen Tm-2a), TYLCV (gen Ty-1) y TSWV(gen Sw-5) en una variedad tradicional de tomate de Pera se estudiaron 12 líneas de mejora con todas las combinaciones en homocigosis de los citados genes. Para confirmar el genotipo se usaron marcadores CAPS. Se cultivaron en un invernadero de malla en ciclo de primavera durante el año 2011, analizando caracteres agronómicos tales como: número de ramilletes por planta, ramilletes cuajados por planta, frutos cuajados en los primeros cinco ramilletes, frutos cuajados en los primeros siete ramilletes, peso medio del fruto, producción comercial y producción total. También se analizaron caracteres de calidad como sólidos solubles y acidez media.

Para los parámetros agronómicos número total de ramilletes por planta, número de ramilletes cuajados por planta, frutos cuajados en los primeros siete ramilletes y producción total no hubo diferencias significativas entre los genotipos resistente y sensible para los genes de resistencia a ToMV y TSWV, pero sí fue significativa la diferencia entre los genotipos correspondientes al gen TYLCV. En estos casos, el homocigoto sensible mostró un mayor número de ramilletes, frutos y producción total, respectivamente. Para los caracteres frutos cuajados en los primeros cincoramilletes, producción comercial y acidez media hubo diferencias significativas en el caso de resistencia a ToMV y TYLCV, siendo los homocigotos sensibles los que mayor número de frutos cuajados, producción y acidez mostraron. Finalmente para el parámetro sólidos solubles se apreciaron diferencias significativas para todos los genes de resistencia. En este caso el homocigoto sensible mostró mayores valores para los genes de resistencia a ToMV y TSWV, mientras el caso de la resistencia a TYLCV fue el homocigoto resistente el que mostró mayores valores.

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Figura 1. Frutos de las distintas líneas estudiadas, con el genotipo para los 3 genes de resistencia introducidos.

Introducción

Muchamiel, de Pera, Valenciano, Morunos y Flor de Baladre son variedades tradicionales de tomate muy populares en el sureste del país por sus cualidades organolépticas y de calidad, cultivadas por agricultores locales en pequeños huertos. Sin embargo, estas variedades localmente adaptadas están en peligro de extinción debido a su alta susceptibilidad a varias virosis (García-Martínez et al., 2012).

En el año 1998, miembros del actual grupo de investigación de la UMH Biodiversidad Agrícola y Mejora Genética de Variedades comenzaron un programa de mejora para la introducción de genes de resistencia a las tres virosis más importantes que afectan al cultivo del tomate en el sureste español en la Escuela Politécnica Superior de Orihuela (EPSO). 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 leafcurl virus, TYLCV) y el virus del bronceado del tomate (Tomato spotted wilt virus, TSWV). Como fuente de resistencia se escogió el híbrido F1 Anastasia, de Seminis Vegetable Seeds, que contiene los genes Sw-5, Ty-1 y Tm-2a (García-Martínez et al., 2011). De todas las posibles fuentes de resistencia disponibles que se evaluaron, en el grupo de investigación, resultó ser la mejor.

Algunas publicaciones describen el efecto negativo de la introducción de genes de resistencia, debido a la introgresión de genes no deseados o carga de ligamiento (Brown, 2002). Tanksley et al. (1998) observaron leves reducciones en producción y calidad asociadas a la introducción de resistencia a ToMV. Recientemente, Lewis et al. (2007) han observado lo mismo en producción y calidad en plantas de tabaco que contienen el gen ‘N’ (que proviene de Nicotiana glutinosa L.), el cual confiere resistencia a ‘TMV’ sugiriendo la existencia de carga de ligamiento. En dos estudios de líneas de tomate segregantes al gen Ty-1 (el cual confiere resistencia a TYLCV), Alonso et al. (2008) descubrieron que la introducción del segmento cromosómico que contiene la región del gen fue desfavorable para algunos caracteres agronómicos y de calidad.

En un programa de retrocruzamiento es muy difícil conseguir recuperar todo el genoma de la variedad, por lo que, además del gen introgresado, suele quedar genoma del parental que aporta la característica de interés. A este fragmento de cromosoma introducido que no es el gen de interés se le denomina ‘basura de ligamiento’.

El objetivo de este trabajo ha sido el estudio del efecto de la introgresión de los genes Tm-2a (resistencia a ToMV), Ty-1 (tolerancia a TYLCV) y Sw-5 (resistencia a TSWV) sobre caracteres productivos (como número de ramilletes, ramilletes cuajados, frutos cuajados en los primeros cinco ramilletes y frutos cuajados en los primeros siete ramilletes, peso medio del fruto, producción comercial y producción total) y también dos parámetros de calidad como son los sólidos solubles y la acidez media.

La mayoría de las líneas con genes de resistencia en homocigosis obtuvieron menores valores para los parámetros número de ramilletes, frutos, peso, producción, contenido en sólidos solubles y acidez que las líneas sensibles
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Figura 2. Imagen del invernadero de malla en La Campaneta Orihuela (Alicante).

Material y métodos

En la campaña de primavera-verano de 2011, entre los meses de marzo y agosto, se evaluaron en un invernadero tipo malla, en la localidad de La Campaneta-Orihuela, al sur de la provincia de Alicante, líneas de tomate de Pera. Éstas representaban todas las combinaciones de los genes de resistencia en homocigosis para los tres genes (Tm-2a, Ty-1 y Sw-5), (ver figura 1 y 2). Para la realización de este ensayo se han empleado líneas cuasi-isogénicas de tomate tipo Pera. Estas líneas derivaron a partir de la autofecundación de una planta triple heterocigota con nueve retrocruces, procedente del programa de mejora en marcha. Para confirmar que el genotipo coincidiera con el deseado se usaron marcadores CAPS (To-3, Aps-F2 y CT220), ligados a los genes de resistencia, empleados con frecuencia en el programa de mejora (Ruiz y García-Martínez, 2009).

El diseño del experimento fue de bloques al azar, con cuatro bloques de entre 7-8 plantas por repetición, cultivadas en vertical a un solo brazo. El total de plantas fue aproximadamente de 32 para cada una de las 12 líneas de tomate de Pera. El cultivo se llevó a cabo en condiciones de producción intensiva según las prácticas culturales de la zona. El número total de ramilletes por planta, ramilletes cuajados por planta, frutos cuajados en los primeros cinco ramilletes y frutos cuajados en los primeros siete ramilletes se contaron antes de que empezara la recolección de frutos. En el estudio de los frutos por ramillete se encontró cierta variabilidad en las diferentes plantas estudiadas, ya que unas mostraban más ramilletes cuajados que otras. Por lo tanto, se decidió analizar la media de los cinco y siete primeros ramilletes de cada planta y así obtener resultados representativos.

En el mismo momento de la recolección se pesaron los frutos por línea y se obtuvo el peso medio del fruto, la producción comercial (como la relación de frutos con un peso mayor a 50 gramos y apariencia aceptable para el consumo) y producción total. Posteriormente, se analizaron los caracteres de calidad sólidos solubles y acidez media.

Se empleó un análisis de la varianza multifactorial con tres factores (cada uno de los genes de resistencia introducidos) y dos niveles cada uno (homocigoto resistente y homocigoto sensible). El nivel de significación utilizado fue del 5%. Se utilizó el test de comparación de medias de Newman-Keuls.

Estas líneas, homocigotas para los tres genes de resistencia, pueden ser útiles para cultivo al aire libre en zonas con especial incidencia de las virosis, y también en programas de mejora para facilitar la introducción de resistencias en otras variedades tradicionales
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Tabla 1: Efecto de la introducción de genes de resistencia en parámetros agronómicos y de calidad.

Resultados y discusión

Los resultados obtenidos se han analizado para cada línea de mejora mostrándose los resultados en la tabla 1. En cuanto a número total de ramilletes por planta, número de ramilletes cuajados por planta, frutos cuajados en los primeros siete ramilletes y producción total no se observaron diferencias significativas entre los genotipos resistente y sensible para los genes de resistencia a ToMV y TSWV, pero sí que se hallaron diferencias significativas en el caso de la resistencia a TYLCV. En estos casos, el homocigoto sensible mostró un mayor número de ramilletes, de ramilletes cuajados por planta, de frutos cuajados en los primeros siete ramilletes y de producción total, respectivamente. En los caracteres frutos cuajados en los primeros cinco ramilletes, producción comercial y acidez media se apreciaron diferencias significativas en el caso de ToMV y TYLCV, siendo los homocigotos sensibles los que mayor número de frutos cuajados, producción y acidez mostraron. En el carácter agronómico peso medio del fruto hubo diferencias significativas en el caso de la resistencia a TSWV y TYLCV, siendo igualmente el homocigoto sensible el que tuvo mayor peso medio del fruto. Por último, para el parámetro sólidos solubles hubo diferencias significativas para todos los genes de resistencia. En este caso el homocigoto sensible mostró mayores valores en el caso de la resistencia a ToMV y TSWV, pero en el caso de la resistencia TYLCV fue el homocigoto resistente el que mayores valores mostró.

En general, la mayoría de las líneas con genes de resistencia en homocigosis obtuvieron menores valores para los parámetros número de ramilletes, frutos, peso, producción, contenido en sólidos solubles y acidez que las líneas sensibles. Estos resultados sugieren que la introducción de los genes Tm-2a, Ty-1 y Sw-5 tiene un efecto desfavorable sobre los parámetros agronómicos y de calidad evaluados.

Entre los genotipos resistentes y los sensibles a TYLCV se descubrieron diferencias significativas para todos los caracteres estudiados, mostrando siempre mayores valores el homocigoto sensible. Por tanto, fue el gen de resistencia a cuchara (Ty-1) el que tuvo un efecto desfavorable más marcado sobre los caracteres agronómicos y la acidez media, coincidiendo con los resultados obtenidos anteriormente en ensayos similares con tomate de Pera en los trabajos de Rubio et al. (2010) y Ruiz (2011), excepto para el parámetro de calidad sólidos solubles. Para este último, y a diferencia de estos trabajos anteriores, fue el genotipo resistente al virus de TYCV el que mostró mayores valores (ver tabla 1).

Como resultado del programa de mejora para la introducción de resistencias genéticas en variedades tradicionales, recientemente hemos publicado la obtención de una línea de mejora de tomate Muchamiel, UMH 1200 (HortScience 46(7):1054-1055, 2001) y otra de tomate de Pera, UMH 1203 (HortScience 47(1):124-125, 2012). Estas líneas, homocigotas para los tres genes de resistencia, pueden ser útiles para cultivo al aire libre en zonas con especial incidencia de las virosis, y también se pueden emplear en programas de mejora para facilitar la introducción de resistencias en otras variedades tradicionales, así como en el desarrollo de materiales híbridos resistentes.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado parcialmente por el MCINN, mediante el proyecto de referencia AGL2008-03822 y AGL2011-26957. Los autores agradecen al agricultor Antonio Aparicio su ayuda en la realización del ensayo en su invernadero en La Campaneta-Orihuela (Alicante).

Referencias

Alonso, A., García-Martínez, S., Arroyo, A., García-Gusano, M., Grau, A., Giménez-Ros, M., Romano, M.E., Valero, M. y Ruiz, J.J. 2008. Efecto de la introducción de resistencia a TYLCV (gen Ty-1) en caracteres productivos y de calidad en tomate. Actas de Horticultura 51: 173-174.

Brown, J.K.M. 2002. Yield penalties of disease resistance in crops. Curr. Opin. Plant. Biol. 5:339-344.

Lewis, R.S., Linger, L.R., Wolff, M.F. and Wernsman, E.A. 2007. The negative infuence of N-mediated TMV resistance on yield in tobacco: linkage drag versus pleiotropy. Theor. Appl. Genet.115:169-178.

García-Martínez, S., Grau, A., Alonso, A., Rubio, F., Valero, M. and J.J. Ruiz. 2011. UMH 1200, a breeding line within the Muchamiel tomato type, resistant to three viruses. HortScience 46(7):1054-1055.

García-Martínez, S., Grau, A., Alonso, A., Rubio, F., Valero, M. and J.J. Ruiz. 2012. UMH 1203, a multiple virus-resistant fresh-market tomato breeding line for open-field conditions. HortScience 47(1):124-125

Rubio, F., García-Martínez, S., Alonso A., Grau A., Valero M. and Ruiz J.J. 2010. Introgressing resistance genes into traditional tomato varieties: Effects on yield and quality. 28th International Horticultural Congress. Lisboa.

Ruiz, F. 2011. Efecto de la introducción de genes de resistencia genética a virosis en líneas de mejora del tomate “De la pera”. Trabajo final de carrera. Universidad Miguel Hernández de Elche.

Ruiz, J.J. and García-Martínez, S. 2009. Tomato varieties ‘Muchamiel’ and ‘De la pera’ from the southeast of Spain: Genetic improvement to promote on-farm conservation.

En Vetelainen, M., Negri, V. and Maxted, N. European landrace: on-farm conservation, management and use. Biodiversity Technical Bulletin nº 15: 171-176.

Tanksley, S.D., Bernachi, D., BeckBunn, T., Emmatty, D., Eshed, Y., Inai, S., Lopez, J., Petiard, V., Sayama, H., Uhlig, J. and Zamir, D. 1998. Yield and quality evaluations on a pair of processing tomato lines nearly isogenic for the Tm2a gene for resistance to the tobacco mosaic virus. Euphytica 99:77-83.

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