Mining a tomato core collection for resistance to TSWV, ToMV and Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici

Tomaten behoren tot de meest geliefde voedingsmiddelen ter wereld, worden in bijna elk land verbouwd en worden over oceanen verhandeld. Toch staan de planten, ondanks hun culinaire belang, onder constante belegering. Ze worden geconfronteerd met een meedogenloze trio vijanden die hele oogsten kunnen wegvagen: virussen die bladeren in mozaïekpatronen veranderen of ze bruin maken met necrotische vlekken, en een in de bodem levende schimmel die de wortels verstikt en de plant vanuit de grond naar boven toe doet verwelken. Boeren vertrouwen al lang op het kweken van tomaten met specifieke genetische schilden, bekend als resistentiegenen, om deze indringers te bestrijden. Deze pathogenen zijn echter slim en evolueren snel; ze muteren vaak om door een enkele genetische barrière heen te breken, waardoor het gewas opnieuw kwetsbaar wordt. Om voorop te blijven lopen, moeten plantwetenschappers verder kijken dan de standaard commerciële variëteiten en graven in de uitgestrekte, diverse geschiedenis van de tomaat zelf. Ze moeten zeldzame, verborgen bronnen van resistentie vinden in oude landrassen, vergeten cultivars en kweeklijnen die de sleutels tot duurzame bescherming kunnen bevatten.

In een recente studie verkenden onderzoekers dit verborgen potentieel binnen een gecureerde collectie van 204 gecultiveerde tomatenaccessies. Dit waren geen wilde verwanten uit de Andes, maar een mix van traditionele Spaanse en Italiaanse landrassen, verouderde commerciële variëteiten en moderne kweeklijnen. Het team onderwierp deze planten aan een strenge proef, waarbij ze werden blootgesteld aan de drie eerder genoemde grote bedreigingen: het Tomato spotted wilt virus, het Tomato mosaic virus en de Fusarium wilt schimmel. Het doel was simpel maar cruciaal: te zien welke van deze diverse planten de aanval zouden overleven zonder ernstige symptomen te vertonen, en om de genetische mechanismen achter hun overleving te begrijpen.

De resultaten van de screening waren schokkend. De overgrote meerderheid van de tomaten bezweek aan de ziekten, wat de ernst van de dreiging bevestigde. Slechts een klein deel van de collectie bleek werkelijk resistent. Specifiek hielden slechts 15 accessies, of ongeveer 7,35 procent, stand tegen het Tomato spotted wilt virus. Een nog kleinere groep, slechts 7 accessies (3,40 procent), weerstond het Tomato mosaic virus. Voor de schimmelziekte (Fusarium wilt) vertoonden 10 accessies (4,90 procent) resistentie. Ondanks deze lage aantallen is de ontdekking van zelfs maar een handvol resistente planten significant, omdat ze afkomstig zijn uit achtergronden die al aangepast zijn aan de landbouw, waardoor ze veel gemakkelijker te gebruiken zijn in kweekprogramma's dan wilde soorten.

Om te begrijpen hoe deze planten overleefden, keken de onderzoekers naar hun DNA. Ze controleerden de aanwezigheid van bekende "resistentiegenen" die wetenschappers in het verleden al hadden geïdentificeerd. Voor het Tomato spotted wilt virus ontdekten ze dat de meeste resistente planten een specifiek gen genaamd Sw-5b droegen. Op dezelfde manier werd de resistentie tegen het Tomato mosaic virus in de meeste gevallen verklaard door de aanwezigheid van het Tm-2² gen. Deze bevindingen bevestigden dat de bekende genetische schilden inderdaad werkten in deze collectie. Het verhaal eindigde echter niet daar. De onderzoekers ontdekten verschillende resistente planten die deze bekende genen niet droegen. Zo bood een traditionele variëteit genaamd "Platense" weerstand tegen het virus zonder de verwachte genetische marker te hebben, wat suggereert dat het een andere, wellicht subtielere manier bezit om de infectie te bestrijden.

Het onderzoek ging dieper met behulp van een techniek genaamd een genome-wide association study. Deze methode scant de volledige genetische code van de planten om nieuwe regio's te vinden die mogelijk gekoppeld zijn aan resistentie, zoekend naar patronen die de bekende genen alleen niet konden verklaren. De studie vond sterke signalen op chromosomen 9 en 12 voor de virussen, en op chromosoom 11 voor de schimmel. Deze signalen wezen naar nieuwe gebieden in het genoom die waarschijnlijk aanvullende resistentiefactoren bevatten. Voor de schimmelziekte was de situatie bijzonder intrigerend. Geen van de resistente planten droeg het meest voorkomende gen dat wordt gebruikt om deze specifieke race van de schimmel te bestrijden, en de genetische scans wezen niet naar één enkele, duidelijke oorzaak. Dit suggereert dat de resistentie in deze planten een complexe, kwantitatieve eigenschap kan zijn, waarbij veel kleine genetische effecten samenwerken in plaats van één enkel krachtig schild.

Misschien wel de meest waardevolle bevinding was dat sommige van de resistente planten "multitaskers" waren. Drie specifieke accessies bleken tegelijkertijd resistent tegen alle drie de pathogenen. Eén van deze, een kweeklijn, droeg meerdere bekende resistentiegenen, terwijl anderen resistentie vertoonden zonder de verwachte genetische markers. Deze combinatie van eigenschappen is een goudmijn voor kwekers. Het betekent dat ze deze resistenties potentieel op elkaar kunnen stapelen om nieuwe tomatenvariëteiten te creëren die robuust zijn tegen meerdere ziekten tegelijk.

De studie concludeert dat hoewel resistente tomaten zeldzaam zijn in gecultiveerde collecties, ze wel degelijk bestaan en vaak verborgen liggen in de volle ogen binnen traditionele landrassen en kweeklijnen. Het onderzoek bevestigt dat hoewel bekende genen zoals Sw-5b en Tm-2² de primaire verdedigers zijn, zij niet het hele verhaal vormen. Er zijn andere, minder goed begrepen genetische mechanismen aan het werk die bescherming bieden wanneer de belangrijkste verdedigingslinies falen. Door deze zeldzame, veerkrachtige planten en de unieke genetische instrumenten die zij bezitten te identificeren, hebben wetenschappers een routekaart geboden voor de ontwikkeling van toekomstige tomatenvariëteiten die bestand kunnen zijn tegen de evoluerende druk van ziekten, waardoor deze wereldwijde basisbehoefte productief en veilig blijft.