С момента открытия вируса бурой (коричневой) морщинистости плодов томата (ToBRFV) десять лет назад этот новый вид тобамовируса нанес значительный ущерб мировой томатной индустрии.
Инфекция ToBRFV серьезно ухудшает качество плодов и снижает урожайность, напрямую влияя на товарность. Стабильность вирионов ToBRFV облегчает распространение по различным каналам, включая зараженные семена, контакт с зараженными вирусом растительными материалами, почвой, опылителями, инструментами, машинами и одеждой.
Кроме того, ToBRFV заражает томаты, несущие гены Tm-2 и Tm-2 2 , которые кодируют нуклеотидсвязывающие иммунные рецепторы класса богатых лейцином повторов (nucleotide-binding leucine-rich repeat, NLR) с доменом суперспирали на N-конце. Он также подавляет ген Tm-1, кодирующий белок массой 80 кДа, который связывается с репликазой вируса мозаики томата (ToMV) и нейтрализует его. Эти факторы в сочетании с высокой контагиозностью вируса способствовали его глобальному распространению.
Чтобы минимизировать воздействие ToBRFV, крайне важно выявить новые источники генетической устойчивости, которые можно будет использовать для выведения устойчивых к вирусу сортов томатов. Масштабные скрининги зародышевой плазмы томата выявили устойчивые к ToBRFV линии у некоторых пасленовых, таких как травянистый многолетник Solanum ochranthum, мохнатый томат S. habrochaites, дикий паслен перуанский S. peruvianum, смородиновый паслен S. Pimpinellifolium и др., а также в ряде культивируемых коммерческих гибридов.
Исследования ассоциаций по всему геному (GWAS) в сочетании с картированием сцепления количественных локусов признаков (QTL) выявили регионы 11-й хромосомы как потенциальные кандидаты на устойчивость к ToBRFV.
Однако выявление генов, обеспечивающих устойчивость, и их внедрение в коммерческие сорта — трудоёмкий процесс. И к сожалению, уже выявлены некоторые генотипы ToBRFV, способные преодолеть устойчивость у вновь выведенных устойчивых к ToBRFV коммерческих гибридов: изоляты уклоняются от недавно разработанных устойчивых сортов томатов из-за изменения одной аминокислоты в белке передвижения вируса.
Будучи одним из наиболее ранних описанных и изученных взаимодействий растений с патогенами, взаимосвязь между геном устойчивости N из клейкого табака Nicotiana glutinosa и вирусом табачной мозаики долгое время служила классической модельной системой для понимания устойчивости растения-хозяина к вирусной инфекции.
Ген N был выделен с помощью инсерционного мутагенеза на основе транспозонов и кодирует иммунный рецептор NLR с доменом гомологии Толл-интерлейкина 1 (TIR) на его N-конце.
Так, N распознаёт репликазу вируса табачной мозаики и вызывает форму программируемой клеточной смерти, известную как реакция гиперчувствительности, которая локализует вирус в месте заражения. На сегодня N обуславливает устойчивость ко всем штаммам табачной мозаики, за исключением штамма TMV-Ob.
Стоит отметить, что N -опосредованная устойчивость к вирусу табачной мозаики чувствительна к температуре. N- триггерная реакция происходит только при температуре 28 °C или ниже (пермиссивная температура) и подавляется при более высоких температурах, что обеспечивает неограниченное движение вируса. Интересно, что потеря функции N обратима. Когда растения возвращаются в пермиссивные температуры, устойчивость восстанавливается, но это приводит к системному некрозу и к гибели всего растения. Этот летальный ответ обусловлен системным распространением вируса при высоких температурах, за которым следует массовая гибель клеток, опосредованная N, когда реакция восстанавливается при падении температуры ниже 28 °C.
Ген N, изолированный только от родственника культурного табака N. glutinosa, может вызывать устойчивость при экспрессии в восприимчивых сортах табака и томата.
В этом исследовании из Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) Министерства сельского хозяйства США и их университетские партнёры проверили, может ли трансгенный NN томат обеспечить устойчивость к ToBRFV, заражая экспериментальные растения этим вирусом.
Растения томата NN, используемые в этом исследовании, являются трансгенными томатами, содержащими ген N, который обеспечивает устойчивость к вирусам табачной мозаики и мозаики томата (TMV и ToMV). Более конкретно, линия VTG34-1, которая экспрессирует ген табака N, была разработана в 1990-х годах специалистом по молекулярной генетике растений из ARS Барбарой Бейкер и её коллегами из Центра экспрессии генов растений в Олбани, штат Калифорния. Тогда исследователи выделили ген N из упомянутого дикого родственника табака, который придает устойчивость к вирусу табачной мозаики, и создали устойчивую к этому вирусу линию.
«Наши результаты показывают, что N обуславливает устойчивость к заражению ToBRFV у томата NN. Более того, томат NN проявляет устойчивость к ToBRFV при 22 °C, но не при повышении температуры до 30 °C, что указывает на то, что температурная чувствительность является консервативной характеристикой N -опосредованной устойчивости к тобамовирусам», сообщили исследователи в статье, опубликованной в журнале Plant Biotechnology Journal (2025).
Отсутствие генетической устойчивости к ToBRFV представляет собой серьёзную проблему для мировой томатной индустрии в борьбе с этим новым вирусом. Отбор и селекция томатов с новыми источниками устойчивости – задача, требующая быстрого решения.
Согласно этим результатам, создание сортов томатов, содержащих ген N, может служить эффективным источником устойчивости к инфекции ToBRFV. Однако требуется понимать роль температуры, если подобные помидоры будут внедрены в широкое производство, поскольку, как показано, температура окружающей среды существенно влияет на взаимодействие хозяина и патогена. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понимать роль температуры в генетической устойчивости томатов.
Источник: Plant Biotechnology Journal (2025). DOI: 10.1111/pbi.70237
