Genetic resistance of tomato to the ToBRFV virus: overcoming of known resistance genes by the pathogen and prospects for breeding

封面

如何引用文章

全文:

详细

Tomato brown wrinkle virus ToBRFV is one of the most dangerous pathogens threatening the global tomato production. This review article presents the biological characteristics of ToBRFV, its evolutionary origin, routes of dissemination (mechanical contact, seeds, pollinators) and diagnostic methods. The genomic organization of viruses, the range of host plants, characteristic symptoms, epidemiological features are analyzed. Integrated control strategies, including phytosanitary and chemical methods, are discussed. Effective methods for disinfection of seeds and surfaces. A comparative analysis of ToBRFV with related tobamoviruses was carried out: tobacco mosaic virus (TMV), tomato mosaic virus (ToMV), tomato mottled mosaic virus (ToMMV), revealing differences in pathogenicity, symptoms and the ability to overcome resistance genes. Particular attention is paid to breeding and genetic control strategies. The molecular mechanisms of the virus overcoming the known resistance genes Tm-1, Tm-2 and Tm-2² are analyzed in detail. Including mutations in the N82K movement protein, which allows the pathogen to bypass the immune response mediated by the Tm-2² gene. The latest scientific data on the identification and characterization of new genetic sources of resistance to ToBRFV in the genomes of wild species of the genus Solanum(S. pimpinellifolium, S. habrochaites, S. chilense, S. ochranthum), promising for use in breeding programs, are summarized. Both traditional breeding methods and modern molecular genetic approaches are considered, including modification of R genes and identification of QTL loci responsible for resistance. It is emphasized that effective and sustainable protection against ToBRFV requires an integrated approach combining strict phytosanitary measures, reliable monitoring systems based on highly sensitive diagnostic methods and the introduction into production of new tomato hybrids with long-term, preferably polygenic, resistance.

作者简介

S. Gavrish

Gavrish group of company

T. Redichkina

NIISOK LLC

A. Buts

Crimean Breeding Center Gavrish

P. Samoilenko

NPO Gavrish; KubSAU

参考

  1. Zhang S. et al. Tomato brown rugose fruit virus: An emerging and rapidly spreading plant RNA virus that threatens tomato production worldwide. Molecular Plant Pathology. 2022. Vol. 23. No. 9. Pp. 1262–1277.
  2. Ishibashi, K., Kubota, K., Kano, A. et al. Tobamoviruses: old and new threats to tomato cultivation. J Gen Plant Pathol. 2023. Vol. 89. Pp. 305–321
  3. Shahriari Z, Su X, Zheng K, Zhang Z. Advances and Prospects of Virus-Resistant Breeding in Tomatoes. Int J Mol Sci. 2023 Oct 22
  4. Maayan Y. et al. Using genomic analysis to identify tomato Tm-2 resistance-breaking mutations and their underlying evolutionary path in a new and emerging tobamovirus. Archives of virology. 2018. Vol. 163. No. 7. Pp. 1863–1875.
  5. Salem. N, Mansour. A ,Ciuffo. M ,Turina. B.W. A new tobamovirus infecting tomato crops in Jordan. Archives of Virology. Falk & M. 2016. Vol. 161. Pp. 503–506
  6. Zhang S. et al. Tomato brown rugose fruit virus: An emerging and rapidly spreading plant RNA virus that threatens tomato production worldwide. Molecular Plant Pathology. 2022. Vol. 23. No. 9. Pp. 1262–1277.
  7. Chanda B. et al. Complete genome sequence of a tomato brown rugose fruit virus isolated in the United States //Microbiology Resource Announcements. 2020. Vol. 9. No 29. Pp. 10.1128/mra. 00630-20.
  8. Van De Vossenberg B. T. L. H. et al. Real-time tracking of Tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV) outbreaks in the Netherlands using Nextstrain. PLoS One. 2020. Vol. 15. No. 10. Pp. 234–240.
  9. Russia bans greenhouse tomatoes & peppers from Uzbekistan’s Fergana region [Web resource] https://www.freshplaza.com/north-america/article/9272394/russia-bans-greenhouse-tomatoes-peppers-from-uzbekistan-s-fergana-region/ Access date: 16.09.2025
  10. Russia: Two lots of cherry tomatoes coming from China were infected with ToBRFV [Web resource]. URL: https://www.hortidaily.com/article/9505294/russia-two-lots-of-cherry-tomatoes-coming-from-china-were-infected-with-tobrfv. Access date: 16.09.2025
  11. Chanda B. et al. Comparative analysis of host range, ability to infect tomato cultivars with Tm-22 gene, and real-time reverse transcription PCR detection of tomato brown rugose fruit virus. Plant Disease. 2021. Vol. 105. No 11. Pp. 3643–3652
  12. EPPO 2019. Update of the situation of tomato brown rugose fruit virus in Mexico EPPO Rep. Serv. 2019/192 Eur. Mediterr. Plant Prot. Organ. Paris: https://gd.eppo.int/reporting/article-6622.
  13. Kopeliovitch E, Gilan I. 2022. A tomato plant comprising dominant resistance genes to tomato brown rugose fruit virus WO Patent 2022/018734.
  14. Caruso A. G. et al. Tomato brown rugose fruit virus: A pathogen that is changing the tomato production worldwide. Annals of Applied Biology. 2022. Vol. 181. No 3. Pp. 258–274.
  15. Salem NM, Jewehan A, Aranda MA, Fox A (2023) Tomato brown rugose fruit virus pandemic. Annu Rev Phytopathol.
  16. Yan Z. et al. Biological and molecular characterization of tomato brown rugose fruit virus and development of quadruplex RT-PCR detection. J. Integr Agric. Vol. 20. Pp. 1871–1879
  17. Tiberini A. et al. Development and validation of a one-step reverse transcription real-time PCR assay for simultaneous detection and identification of tomato mottle mosaic virus and tomato brown rugose fruit virus. Plants. 2022. Vol. 11. No. 4. Pp. 489.
  18. Bernabé-Orts J. M., Hernando Y., Aranda M. A. Toward a CRISPR-based point-of-care test for tomato brown rugose fruit virus detection. PhytoFrontiers™. 2022. Vol. 2. No2. Pp. 92–100.
  19. Vargas-Hernández B. Y. et al. Development of a droplet digital polymerase chain reaction (ddPCR) assay for the detection of Tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV) in tomato and pepper seeds. Journal of virological methods. 2022. Vol. 302. Pp. 114466.
  20. Alon D. M. et al. Differential detection of the tobamoviruses tomato mosaic virus (ToMV) and tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV) using CRISPR-Cas12a. Plants. 2021. Vol. 10. No6. P. 1256.
  21. Klap C. et al. The potential risk of plant-virus disease initiation by infected tomatoes. Plants. 2020. Vol. 9. No. 5. Pp. 623.
  22. Davino S. et al. Tomato brown rugose fruit virus: Seed transmission rate and efficacy of different seed disinfection treatments. Plants. 2020. Vol. 9. No. 11. P. 1615.
  23. Salem N.M, Sulaiman. A , Samarah, M. Turina & M Localization and mechanical transmission of tomato brown rugose fruit virus in tomato seeds. Plant Disease.. Vallino. 2022106. Pp. 275–281.
  24. Levitzky N. et al. The bumblebee Bombus terrestris carries a primary inoculum of Tomato brown rugose fruit virus contributing to disease spread in tomatoes. PloS one. 2019. Vol. 14. No. 1. Pp. E0210871.
  25. Chanda B. et al. Effectiveness of disinfectants against the spread of tobamoviruses: Tomato brown rugose fruit virus and Cucumber green mottle mosaic virus. Virology journal. 2021. Vol. 18. No1. P. 7.
  26. Gutiérrez U. V. et al. Chlorine Dioxide: Antiviral That Reduces the Spread of ToBRFV in Tomato (Solanum lycopersicum L.) Plants. Viruses. 2024. Vol. 16. No. 10. P. 1510.
  27. Disinfection treatments eliminated tomato brown rugose fruit virus in tomato seeds. N. Samarah, A. Sulaiman, N. Salem & M. Turina. European Journal of Plant Pathology. 2021. 159(1). Pp. 153–162.
  28. Fidan H., Ulusoy D., Albezirgan H. N. Exploring effective strategies for ToBRFV management in tomato production: insights into seed transmission dynamics and innovative control approaches. Agriculture. 2024. Vol. 14. No. 1. P. 108.
  29. de Ronde D., Butterbach P., Kormelink R. Dominant resistance against plant viruses. Frontiers in plant science. 2014. Vol. 5. P. 307.
  30. Pfitzner A. J. P. Resistance to tobacco mosaic virus and tomato mosaic virus in tomato //Natural resistance mechanisms of plants to viruses. Dordrecht : Springer Netherlands, 2006. Pp. 399–413.
  31. Salem N. M. et al. New weed hosts for tomato brown rugose fruit virus in wild Mediterranean vegetation. Plants. 2022. Vol. 11. No. 17. Pp. 2287
  32. Zisi Z, L. Ghijselings, E. Vogel, C. Vos, J.Single amino acid change in tomato brown rugose fruit virus breaks virus-specific resistance in new resistant tomato cultivar. Matthijnssens. Front Plant Sci. 2024 May 7;15:1382862. doi: 10.3389/fpls.2024.1382862. PMID: 38774217; PMCID: PMC11106371.
  33. Ashkenazi V, Y. Rotem, R. Ecker, S. Nashilevitz, N. Barom. WO Patent 2020/249798 Resistance in plants of Solanum lycopersicum to the tobamovirus tomato brown rugose fruit virus.
  34. Ashkenazi.V, Y. Rotem, R. Ecker, S. Nashilevitz, N. Barom. WO Patent 2018/219941. Tolerance in plants of Solanum lycopersicum to the tobamovirus tomato brown rugose fruit virus (TBRFV)
  35. Spiegelman Z., Hak H., Loeb Ezra J., Sherman Y. Tobamovirus-resistant tomato plants WO Patent 2022/091104.
  36. Lindbo J. 2022. Tomato plants resistant to ToBRFV, TMV, ToMV and ToMMV and corresponding resistance genes WO Patent 2022/117884
  37. Rivera-Márquez K. et al. Bioinformatic-based approach for mutagenesis of plant immune Tm-22 receptor to confer resistance against tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV). Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13. Pp. 846–984
  38. Hamelink R, Kalisvaart J, Rashidi H. 2019. TBRFV resistant tomato plant WO Patent 2019/110130.
  39. Ykema M., Verweij C.W., de la Fuente van Bentem S. 2020. Tomato plant resistant to tomato brown rugose fruit virus WO Patent 2020/147921.
  40. Zinger A. et al. Identification and mapping of tomato genome loci controlling tolerance and resistance to tomato brown rugose fruit virus. Plants. 2021. Vol. 10. No. 1. P. 179.
  41. Jewehan A. et al. Screening of Solanum(sections Lycopersicon and Juglandifolia) germplasm for reactions to the tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV). Journal of Plant Diseases and Protection. 2022. Vol. 129. No. 1. Pp. 117–123.
  42. Jewehan A. et al. Evaluation of responses to tomato brown rugose fruit virus (ToBRFV) and selection of resistant lines in Solanum habrochaites and Solanum peruvianum germplasm //Journal of general plant pathology. 2022. Vol. 88. No 3. Pp. 187–196.
  43. Kalisvaart J, Ludeking DJW, Roovers AJM. 2022. Gene leading to ToBRFV resistance in S. lycopersicum. WO Patent 2022/013452.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».