Epidemiología molecular del Tobamovirus fructirugosum (ToBRFV) en cultivos de tomate (Solanum lycopersicum) y pimentón (Capsicum annuum) en Colombia
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Resumen
El tomate (Solanum lycopersicum) y el pimentón (Capsicum annuum) son cultivos de gran importancia en Colombia, dada su relevancia dentro del sector hortícola, su contribución a la seguridad alimentaria y su papel como fuente de ingresos para pequeños y medianos productores. Su producción a nivel mundial enfrenta una amenaza creciente por el virus Tobamovirus fructirugosum (ToBRFV), al causar pérdidas severas en el rendimiento, la obtención de material de siembra y la calidad de los frutos. En Colombia, aunque el ToBRFV se había detectado previamente en semillas comerciales, su presencia en campo, distribución regional y rutas potenciales de transmisión no habían sido caracterizadas. Este trabajo, presenta la primera detección y caracterización integral de ToBRFV en cultivos de tomate y pimentón del país; además de la calibración y validación de un método de diagnóstico rápido basado en RT-LAMP y adaptado al campo bajo el formato POCT (Point-of-Care Testing). Utilizando RT-qPCR con sonda TaqMan se detectó el ToBRFV en 19 de 20 muestras de tejido foliar de tomate obtenidas de ocho municipios de Antioquia, y posteriormente se confirmó su presencia en múltiples departamentos del país, incluyendo el primer reporte de este virus en cultivos colombianos de pimentón. El análisis de semillas extraídas de frutos, semillas comerciales y plántulas reveló una contaminación generalizada, identificando el material de propagación infectado como una de las vías claves de transmisión de este virus. La secuenciación de alto rendimiento (HTS) de aislamientos tanto de tomate como pimentón, mostró una identidad nucleotídica del 99,9% entre sí y varias sustituciones de aminoácidos en las proteínas virales RdRp (RNA polimerasa dependiente de RNA) y en la MP (proteína de movimiento), como el cambio A134T asociado con mayor severidad de los síntomas inducidos por este virus. El análisis de los loci de resistencia del huésped a otros tobamovirus, indicó que los alelos Tm-1 y Tm-2 presentes en las variedades ‘Chonto’ y ‘Cherry’ no confieren resistencia efectiva contra ToBRFV, lo cual es consistente con la susceptibilidad observada en el campo. Adicionalmente, mediante modelos espaciales se evaluó el riesgo epidemiológico de la dispersión de ToBRFV en el país, aplicando un modelo gravity log-transformado y un análisis de redes espaciales que permite identificar los municipios y regiones de mayor riesgo y rutas potenciales de transmisión. Los municipios de El Peñol y Marinilla en Antioquia, y los departamentos de Cesar y Cundinamarca, fueron identificados como zonas de alto riesgo para transmisión cruzada entre cultivos huésped. Finalmente, se evaluó la técnica RT-LAMP como alternativa de diagnóstico rápido para la detección de ToBRFV en tejido foliar y frutos de tomate y pimentón en condiciones de laboratorio (en tiempo real y colorimétrico) y en campo (colorimétrico) utilizando RNA total y extractos crudos. Con RT-LAMP se detectó el virus en más del 75% de los casos y se encontró una concordancia sustancial con la prueba Gold standard de RT-qPCR con sonda TaqMan, con umbrales de sensibilidad de 100 × 10⁻¹⁰ 𝑛𝑔/𝜇𝐿 y alta especificidad, al no generar reacciones cruzadas frente a otros diez virus de solanáceas. El uso de extractos crudos (PEG, membrana de nitrocelulosa y tissue-printing) mostraron tasas de detección de más del 90%, lo que respalda su aplicabilidad para el diagnóstico en campo. En conjunto, estos resultados confirman la presencia y dispersión de ToBRFV en Colombia, describen su diversidad genética, sus rutas potenciales de transmisión y zonas de alto riesgo y propone una herramienta diagnóstica rápida que puede apoyar medidas fitosanitarias. Este trabajo resalta la necesidad urgente de establecer programas de vigilancia y manejo fitosanitario para reducir el impacto de este virus en la producción hortícola nacional. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
Tomato (Solanum lycopersicum) and pepper (Capsicum annuum) are crops of major importance in Colombia for their significance in the horticultural sector, their contribution to food security, and their role as a source of income for small- and medium-scale producers. However, their production worldwide is increasingly threatened by the Tobamovirus fructirugosum (ToBRFV), which has caused severe yield and fruit quality losses. In Colombia, although its presence had previously been detected in commercial seeds, its occurrence in field crops, distribution, and potential transmission routes had not been fully characterized. This study presents the first comprehensive detection and characterization of ToBRFV in Colombian tomato and pepper crops, together with the validation and calibration of an RTLAMP diagnostic method adapted for field conditions under a point-of-care testing (POCT) format. Using RT-qPCR with a TaqMan probe, ToBRFV was detected in 19 of 20 tomato leaf tissue samples collected from eight municipalities in the department of Antioquia. Its presence was subsequently confirmed in multiple departments across the country, including the first report of this virus in Colombian pepper crops. Analysis of seeds extracted from fruits, commercial seeds, and seedlings revealed widespread virus contamination, identifying infected propagation material as a key transmission pathway for ToBRFV. High-throughput sequencing (HTS) of isolates from both tomato and pepper showed a nucleotide identity among them and revealed several amino acid substitutions in viral proteins, including the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) and the movement protein (MP), such as the A134T substitution, which has been associated with increased symptom severity. Analysis of host resistance loci to other tobamoviruses indicated that the Tm-1 and Tm-2 alleles present in the cultivars ‘Chonto’ and ‘Cherry’ do not confer effective resistance against ToBRFV, which is consistent with the susceptibility observed under field conditions. Additionally, spatial models were used to evaluate epidemiological risk by applying a logtransformed gravity model and spatial network analysis, thereby identifying municipalities and regions with the highest risk and potential transmission routes. The municipalities of El Peñol and Marinilla in Antioquia, as well as the departments of Cesar and Cundinamarca, were identified as high-risk areas for cross-transmission among host crops. Finally, the RT-LAMP technique was evaluated as a rapid diagnostic alternative for detecting ToBRFV in tomato and pepper leaf tissue and fruit under laboratory conditions (real-time and colorimetric) and field conditions (colorimetric), using both purified total RNA and crude extracts. RT-LAMP detected the virus in more than half of the cases and showed substantial agreement with the gold-standard TaqMan probe-based RT-qPCR assay, with sensitivity thresholds of 100×10⁻¹⁰ ng/μL and specificity confirmed against 10 other viruses infecting solanaceous plants. Moreover, the use of crude extracts (PEG method, membrane spot, and tissue printing) resulted in detection rates exceeding 90%, supporting its applicability for field diagnostics. Overall, these results confirm the presence and spread of ToBRFV in Colombia, describe its genetic diversity, identify potential transmission routes and high-risk areas, and propose a rapid diagnostic tool that may support phytosanitary measures. This work highlights the urgent need for surveillance and phytosanitary management programs to mitigate the impact of this virus on national horticultural production.
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