Role and fine mapping of the minor QTLs cmvqw3.1 and cmvqw10.1 for resistance to Cucumber mosaic virus M6 in melon

Abstract

El Virus del mosaic del cogombre (CMV) afecta més de 1.300 espècies vegetals, incloses espècies agrícoles importants, com ara la família Cucurbitaceae. Les soques de CMV es divideixen en el subgrup I (SGI) i II (SGII). L'accessió coreana "Songwan Charmi" (SC) té una resistència oligogènica, recessiva i quantitativa al CMV. SC es va creuar amb el cultivar espanyol "Piel de Sapo" (PS), que és susceptible al CMV, per investigar més la seva resistència. El gen cmv1, que codifica un Vacuolar Protein Sorting 41 (VPS41), actua com a guardià de l'entrada del virus al floema del meló i té un efecte important sobre la resistència a CMV-LS, de la soca SGII. cmv1 restringeix CMV-LS a les cèl·lules de la beina (BS), evitant la infecció sistèmica, però és ineficaç contra les soques de CMV-SGI (CMV-M6). A més, es van identificar dos Quantitative Trait Loci (QTL) amb efectes menors sobre la resistència: cmvqw3.1 (cromosoma III) i cmvqw10.1 (cromosoma X). La resistència total a SGI requereix la presència de cmv1 i aquests QTL menors. Aquesta tesi, dividida en tres capítols, investiga el paper dels QTL menors cmvqw3.1 i cmvqw10.1 vinculats al gen cmv1 i aborda el seu mapeig fi. Al Primer Capítol, es van desenvolupar línies piramitades de meló que portaven un o dos QTL i el gen cmv1 amb contaminacions genètiques mínimes de SC. En el Segon Capítol, es van utilitzar les línies piramitades del meló per caracteritzar la resistència que confereixen aquests QTLs. Els QTL, que van cooperar amb el gen cmv1, van retardar la infecció per CMV-M6. El QTL cmvqw3.1 té una funció més rellevant en la resistència que el cmvqw10.1. També es va desenvolupar una metodologia per a la microscòpia de dissecció làser en meló per a estudis específics de cèl·lules. Al Tercer Capítol, es van generar dues poblacions de mapeig fi per als QTL. El mapeig de cmvqw3.1 va suggerir dos intervals, reduint-los a 0,39 Mb amb 25 gens i 15,28 Mb. La proteïna Vacuolar Protein Sorting Associated Protein 33-Like Protein (VPS33) es va identificar com a un fort candidat. En canvi, el mapeig de cmvqw10.1 el va reduir de 3,62 Mb a 1,76 Mb, implicant 294 gens per a la resistència del meló al CMV-M6.

El Virus del mosaico del pepino (CMV) afecta a más de 1.300 especies de plantas, incluidas importantes especies agrícolas como las Cucurbitáceas. Las cepas de CMV se dividen en Subgrupo I (SGI) y II (SGII). La accesión coreana "Songwan Charmi" (SC) tiene una resistencia oligogénica, recesiva y cuantitativa ante el CMV. SC se cruzó con el cultivar español "Piel de Sapo" (PS), el cual es susceptible al CMV para investigar más a fondo el rasgo de resistencia. El gen cmv1 codifica la proteína Vacuolar Protein Sorting 41 (VPS41) que actúa como guardián de la entrada del virus al floema del melón. Este gen tiene un efecto importante sobre la resistencia al CMV-LS, de la cepa SGII. cmv1 restringe CMV-LS en las células de la vaina del haz (BS), previniendo la infección sistémica, pero es ineficaz contra las cepas de CMV-SGI (CMV-M6). Para ello se identificaron otros dos Quantitative Trait Loci (QTL) con efectos menores en la resistencia: cmvqw3.1 (cromosoma III) y cmvqw10.1 (cromosoma X). La resistencia total a SGI requiere la presencia de cmv1 y estos QTL. Esta tesis, dividida en tres capítulos, investiga el papel de los QTL menores cmvqw3.1 y cmvqw10.1 junto con al gen cmv1 y aborda su mapeo fino. En el Primer Capítulo, se desarrollaron líneas piramidadas de melón que portaban uno o dos QTL y el gen cmv1 con mínimas contaminaciones genéticas de SC. En el Segundo Capítulo se utilizaron las líneas piramidadas de melón para caracterizar la resistencia conferida por estos QTLs. Los QTL que cooperan con el gen cmv1, retrasaron la infección por CMV-M6. El cmvqw3.1 tiene un papel más relevante en la resistencia que cmvqw10.1. Además, se desarrolló una metodología de microscopía de disección láser en melón para estudios de células específicas. En el Tercer Capítulo, se generaron dos poblaciones de mapeo fino para los QTL. El mapeo de cmvqw3.1 sugirió dos intervalos, reduciéndolos a 0,39 Mb con 25 genes y 15,28 Mb. La proteína Vacuolar Protein Sorting Associated Protein 33-Like Protein (VPS33) se identificó como un fuerte candidato debido al role en el tráfico de proteínas y su relación con la VPS41. Por el contrario, el mapeo de cmvqw10.1 se redujo el intervalo de 3,62 Mb a 1,76 Mb, lo cual involucra unos 294 genes en la resistencia al CMV M6.

Cucumber mosaic virus (CMV) affects over 1,300 plant species, including important agricultural species, including the Cucurbitaceae family. CMV strains are divided into Subgroup I (SGI) and II (SGII). The Korean accession "Songwan Charmi" (SC) carries an oligogenic, recessive and quantitative resistance to CMV. SC was crossed with the Spanish cultivar "Piel de Sapo" (PS), which is susceptible to CMV, to further investigate the resistance trait. The cmv1 gene, encoding a Vacuolar Protein Sorting 41 (VPS41), acts as a gatekeeper for viral phloem entry in melon and has a major effect on resistance to CMV-LS, from SGII strain. cmv1 restricts CMV-LS in the bundle sheath cells (BS), preventing systemic infection, but is ineffective against CMV-SGI strains (CMV-M6). In addition, two Quantitative Trait Loci (QTLs) with minor effects on resistance were identified: cmvqw3.1 (chromosome III) and cmvqw10.1 (chromosome X). Full resistance to SGI requires the presence of cmv1 and these minor QTLs. This thesis, divided into three chapters, investigates the role of the minor QTLs cmvqw3.1 and cmvqw10.1 together with the cmv1 gene and addresses their fine mapping. In the First Chapter, melon pyramided lines carrying one or the two QTLs and the cmv1 gene were developed carrying minimal genetic contaminations from SC. In the Second Chapter, the melon pyramided lines were used to characterise the resistance conferred by these genes. The minor QTLs, cooperating with the cmv1 gene, delayed CMV-M6 infection. The QTL cmvqw3.1 plays a more relevant role in resistance than cmvqw10.1. A methodology for laser dissection microscopy in melon for cell-specific studies was also developed. In the Third Chapter, two fine mapping populations for the minor QTLs were generated. Mapping of cmvqw3.1 suggested two intervals, narrowing them to 0.39 Mb, with 25 genes, and 15.28 Mb and identifying a Vacuolar Protein Sorting Associated Protein 33-Like Protein (VPS33) as a strong candidate because of its role in protein trafficking and relationship with the VPS41. In contrast, the mapping of cmvqw10.1 narrowed the interval from 3.62 Mb to 1.76 Mb, implicating 294 genes in CMV M6 resistance.