Primera defensa contra el devastador tomate ToCSV

Nov 15, 2023

Universidad de Johannesburgo

imagen: Existe un vínculo entre las plantas de tomate que pueden tolerar el devastador virus del acrobacia rizada del tomate 'joven' (ToCSV), la actividad del gen Ty-1 y una defensa de la planta llamada metilación viral del ADN, descubrieron investigadores de la UJ en el primer estudio de genética molecular de plantas. de ToCSV.ver más

Crédito: Gráfico y fotografía de Therese van Wyk, Universidad de Johannesburgo.

Investigadores de la Universidad de Johannesburgo (UJ) han investigado por primera vez a nivel de genética molecular cómo las plantas de tomate se defienden contra un devastador virus "joven" del sur de África.

Se sabe que el gen Ty-1 confiere resistencia al conocido virus del enrollamiento de la hoja amarilla del tomate (TYLCV). Los investigadores de la UJ investigaron qué sucede cuando las plantas de tomate que albergan el gen Ty-1 se infectan con el relativamente desconocido virus del achaparramiento del tomate (ToCSV). Encontraron un vínculo entre la tolerancia al ToCSV, una defensa de la planta llamada metilación del ADN viral, y la actividad del gen Ty-1.

La investigación se publica en Frontiers in Plant Science.

Para saber más sobre cómo sucede eso, utilizaron técnicas de laboratorio llamadas conversión de bisulfito y amplificación por PCR, junto con un enfoque de secuenciación de virus del genoma completo de próxima generación.

Virus joven viajando

Muchos patógenos atacan a las plantas de tomate, que producen el tercer cultivo de hortalizas más grande del mundo, después de las patatas y la yuca.

El virus del achaparramiento del tomate se originó en Sudáfrica hace unos 30 años y se transmite por la mosca blanca. El virus puede destruir toda una cosecha de tomates, especialmente si se infectan suficientes plantas en una etapa temprana. También se ha encontrado en el país vecino de Mozambique.

El virus del atrofia rizada del tomate joven (ToCSV) es similar al virus del rizo de la hoja amarilla del tomate (TYLCV) establecido a nivel de ADN.

Pero se sabe relativamente poco sobre las "herramientas" que las plantas de tomate pueden utilizar para defenderse contra el ToCSV, dice la Dra. Farhahna Allie, autora principal del estudio. La Dra. Allie es investigadora del Departamento de Bioquímica de la UJ.

Truco del caballo de Troya dentro de las plantas

Los virus han estado atacando a las plantas desde el principio de los tiempos. Pero todavía tienen que engañar a las plantas para replicarse y causar enfermedades, afirma el Dr. Gerrit Koorsen, coautor del estudio.

“Los geminivirus como ToCSV no tienen la capacidad de hacer copias de sí mismos y luego propagarse a otros lugares. Para ello dependen completamente de la planta. El virus tiene que engañar a la planta haciéndole "pensar" que está produciendo más de su propio ADN.

“Entonces el virus es como un caballo de Troya dentro de la planta. La planta está replicando el ADN viral 'sin saberlo', 'cuidando la infección' y propagando la enfermedad causada por el virus”, afirma.

Atacar el ADN dentro del virus

En la batalla en curso entre plantas y virus, las plantas "han descubierto" que es muy eficaz centrar su contraataque en el ADN del interior de los virus.

Para el estudio, los investigadores utilizaron una variedad de tomate susceptible al ToCSV y otra variedad que puede tolerarlo.

La variedad susceptible tiene una serie de defensas en su caja de herramientas contra otros patógenos, pero no puede vencer al ToCSV, dice Allie. ToCSV puede infectar completamente esta variedad.

Estudiar la forma en que las plantas responden a un nuevo virus como el ToCSV es crucial para identificar formas de generar cultivos resistentes.

Gen de resistencia Ty-1

"La variedad de tomate tolerante tiene un trasfondo genético similar a la variedad susceptible, pero es mejor a la hora de activar el gen de resistencia Ty-1, algo que a la variedad susceptible le cuesta hacer", dice Allie.

“Se sabe que el gen Ty-1 es el principal gen de resistencia en los tomates contra el virus del enrollamiento de la hoja amarilla del tomate (TYLCV). El virus "joven" ToCSV es similar al TYLCV en términos de su genoma y, por lo tanto, Ty-1 también puede ser responsable de la tolerancia o resistencia contra el ToCSV.

"Como primer paso para explorar el vínculo entre la resistencia y la tolerancia y el gen Ty-1, queríamos ver si la planta tolerante utiliza la 'herramienta' de metilación del ADN para combatir la enfermedad del achaparramiento del tomate", dice.

Apagar el ADN viral

"Imagínese el ADN de un virus del atrofia rizada del tomate como una pequeña banda elástica", dice Koorsen. “Cuando la mosca blanca se alimenta de la planta, transfiere miles de estas bandas elásticas de ADN a las células de la planta.

“Comparemos una célula de una planta que es susceptible al ToCSV con una célula de una planta de tomate que puede tolerar el ToCSV hasta cierto punto. En las células vegetales tolerantes, el gen Ty-1 es muy activo.

"Teniendo en cuenta los datos que analizamos en este estudio, creemos que la actividad Ty-1 puede estar relacionada con la capacidad de las plantas para marcar áreas específicas en la 'banda elástica' del ADN viral y 'apagarlas', de modo que el virus no pueda producir más está dentro de la célula vegetal”, dice Koorsen.

Las 'etiquetas' son grupos metilo. Cada grupo metilo tiene un átomo de carbono y tres de hidrógeno. Las etiquetas se adhieren a secuencias de letras CG, CHH y CHG en el ADN viral. El proceso de "etiquetado" se llama metilación, un conocido mecanismo de defensa en las plantas.

Con el tiempo, en una célula vegetal tolerante, se ven cada vez más etiquetas en partes críticas del ADN del virus, y el virus deja de replicarse o se replica lentamente. A esto se le llama silenciamiento epigenético causado por la metilación.

Mientras tanto, en las células vegetales susceptibles, el gen de resistencia Ty-1 es menos activo. Así, los miles de virus infecciosos de la mosca blanca pueden replicarse dentro de la célula vegetal. Con el tiempo, hay cada vez más virus en la planta y la planta queda completamente infectada.

Acelerar las defensas

“Ahora tenemos una parte de la 'caja de herramientas de defensa del tomate'. Me entusiasma explorar qué otras herramientas de defensa tienen las plantas de tomate y cómo se combinan”, dice Allie.

Debido a que la batalla entre virus y plantas es interminable, el virus del atrofia rizada del tomate eventualmente mutará, las plantas de tomate contraatacarán y las técnicas computacionales emergentes crearán nuevas opciones en el fitomejoramiento, dice Koorsen.

Hasta ahora, las defensas de una variedad de tomate se han comparado con las de otra variedad mediante análisis estadísticos estándar, añade.

Koorsen espera explorar el aprendizaje automático (ML) y los métodos emergentes de inteligencia artificial para comparar también variedades de tomate.

"Estoy entusiasmado por cómo podemos usarlos para obtener más información sobre las defensas de las plantas, utilizando

los gigabytes de datos biológicos generados en estudios como este”, afirma.

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Fronteras en la ciencia vegetal

10.3389/fpls.2023.1135442

Estudio experimental

No aplica

La identificación de los patrones de metilación del virus del achaparramiento del tomate en líneas de tomate resistentes y susceptibles.

6-jun-2023

Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un potencial conflicto de intereses.

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