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番茄褐色皱纹果病毒（Tomato brown rugose fruit virus，ToBRFV）自2014年前后出现以来，已对全球番茄生产造成重大影响。导致ToBRFV全球大流行的最关键因素，是长期使用的番茄烟草花叶病毒抗性基因Tm-22被突破。ToBRFV
番茄褐色皱纹果病毒（Tomato brown rugose fruit virus，ToBRFV）自2014年前后出现以来，已对全球番茄生产造成重大影响。导致ToBRFV全球大流行的最关键因素，是长期使用的番茄烟草花叶病毒抗性基因Tm-22被突破。ToBRFV的出现推动了相关研究，并使人们对用于商业化番茄育种的烟草花叶病毒抗性遗传机制重新产生了兴趣。同行评审出版物和商业专利中已报道了许多新的ToBRFV潜在抗性来源。然而，赋予这些抗性性状的基因身份大多仍不明确，且将这些性状从野生近缘种导入商业化优良番茄品种，已通过影响果实品质和发育而对番茄生产造成负面影响。Tm-1已成为多篇研究其阻止ToBRFV复制分子基础文献的焦点，这些研究通常与其他染色体上的未知抗性基因相关联。Tm-1的作用涉及复杂的遗传互作、表达与基因剂量效应、基因复制、直系同源变异，尤其是抗性逃逸机制，这些因素均可能影响Tm-1介导抗性的强度。其他新型抗性性状也日益面临抗性突破型分离株的威胁。本文综述了近期有关ToBRFV抗性及商业化品种育种的主要进展。
论文主体内容总结
1. 引言
番茄褐色皱纹果病毒（ToBRFV；Tobamovirus fructirugosum）是温室番茄生产中持续存在的重大威胁，可造成严重病害损失，并已导致全球生产实践发生剧变。ToBRFV的快速全球传播源于长期使用的Tm-22抗性基因介导的抗性被突破和逃逸，加之ToBRFV高效的机械传播特性、种子贸易全球化以及受污染材料流动限制的不足，进一步加剧了疫情扩散。缺乏有效防控措施推动了寻找新抗性来源的研究。来自未驯化近缘种如S. ochrantum、S. habrochaites、S. peruvianum、S. pimpinellifolium、S. pennellii和S. chilense的ToBRFV抗性和耐性性状已被广泛报道。尽管新型抗性性状的发现令人鼓舞，但已报道了能够逃逸部分新抗性来源的ToBRFV新菌株。此外，这些推定抗性基因的身份、功能和作用机制在很大程度上仍属未知。将这些新性状导入商业化优良品种已影响果实发育性状，对果实产量、品质、风味和产量造成负面影响。对野生番茄近缘种的多次抗性筛选鉴定出烟草花叶病毒抗性基因Tm-1，因此有必要了解新旧抗性来源以及这些基因如何相互作用以增强对ToBRFV的抗性。
1.1. 烟草花叶病毒与温室生产
温室果蔬生产是通过可控环境农业和适应这些条件的植物品种来最大化果实产量的集约化系统。现代温室可控制温度、灌溉、养分、光照、湿度、二氧化碳水平和植物密度等多种生长因子。高密度环境可最大化产量，但结合共享灌溉和密集的植株管理，为病原体传播创造了最佳条件，尤其是对Tobamovirus属病毒而言。烟草花叶病毒一直是温室生产中的持续问题。目前有37个公认的烟草花叶病毒种，可感染至少30个不同植物科中的植物物种，其中Solanaceae、Brassicaceae、Cucurbitaceae和Malvaceae是主要且经济上受影响最严重的科。影响温室生产的主要烟草花叶病毒包括烟草花叶病毒（TMV；Tobamovirus tabaci）、番茄花叶病毒（ToMV；Tobamovirus tomatotessellati）、番茄斑驳花叶病毒（ToMMV；Tobamovirus maculatesselati）、辣椒轻斑驳病毒（PMMoV；Tobamovirus capsici）、黄瓜绿斑驳花叶病毒（CGMMV；Tobamovirus viridimaculae）以及最近出现的ToBRFV。TMV、ToMV和ToMMV此前曾是温室番茄生产中的问题，但主要通过Tm-22抗性基因得到控制。烟草花叶病毒可通过工具、工人、昆虫和种子的机械接触轻易传播。高效的机械传播与高密度种植、大型生产温室和集约化植株管理相结合时，可迅速摧毁生产。由于文化防控措施费力且对减少烟草花叶病毒传播能力有限，遗传抗性在所有类型生产系统中通常更受青睐。
烟草花叶病毒基因组由6.4-kb的单链正义RNA分子组成，编码四个蛋白编码开放阅读框（ORFs）。基因组RNA还包含5′-m(7)鸟苷帽和带有末端胞嘧啶-胞嘧啶-腺嘌呤三核苷酸的tRNA样3′结构。ORF1编码一个124–132 kDa的小复制蛋白（p126），而ORF2编码第二个181–189 kDa的复制蛋白（p183），与p126部分重叠并通过终止密码子通读机制翻译。p126蛋白还参与RNA沉默抑制。ORF3编码28–31 kDa的运动蛋白（MP或30K），促进细胞间移动，ORF4编码17–18 kDa的外壳蛋白（CP），围绕RNA基因组聚合形成病毒颗粒，促进系统移动和植株间传播。病毒蛋白通常具有多功能性，在促进病毒复制和抑制宿主防御中发挥多种作用。
病毒蛋白也可作为无毒力因子，被宿主免疫蛋白识别以启动防御反应。例如，Tm-1蛋白识别烟草花叶病毒p126和p183复制蛋白并特异性结合其RNA解旋酶结构域以防止病毒复制。一些抗性基因产物识别并相互作用于特定烟草花叶病毒蛋白以启动过敏反应（HR）来阻止病毒感染，如Tm-2蛋白识别MP，烟草N蛋白识别p126蛋白。最后，辣椒L基因编码的蛋白识别烟草花叶病毒CP。几乎所有已知的烟草花叶病毒蛋白都可被宿主免疫系统识别，凸显了可用于对抗烟草花叶病毒感染的抗性机制的多样性。宿主复制必需因子（如TOBAMOVIRUS MULTIPLICATION（TOM）基因）的突变也可通过阻止功能性病毒复制复合体的形成而产生抗性。
1.2. ToBRFV的出现与全球传播
在ToBRFV出现之前，Tm-2是番茄生产系统中使用最广泛的抗性基因，为烟草花叶病毒提供稳定持久的抗性。ToBRFV逃逸Tm-22介导的极端抗性的能力使其成为非常成功的病原体。然而，Tm-22仍能识别ToBRFV MP并触发减弱的HR，因此携带Tm-22等位基因的植株可能保留部分、剂量依赖性的ToBRFV抗性。Tm-2和Tm-22编码核苷酸结合富亮氨酸重复（NB-LRR）结构域，识别烟草花叶病毒MP以启动HR，导致感染细胞死亡。由于感染率在温室中可迅速达到100%并造成严重经济损失，ToBRFV已导致生产实践发生重大变化，包括基础设施改变（增加LED灯使用）、改善生物安全、缩短生产周期、增加种子和植株检测以及加强种子贸易监管。近期，从野生番茄近缘种鉴定抗性性状并将其导入商业品种，已改变果实发育性状，导致果实品质、采收和生产效率下降以及劳动力增加。果实上的主要症状可包括褐色皱纹斑点、不完全成熟，严重时甚至果实开裂。幼苗上可识别的感染迹象包括矮化、幼嫩生长叶片的漂白或褪绿、鞋带状叶片和其他畸形、花叶和起泡等。病毒也可无症状传播，在种植者察觉之前感染植株。抗性基因可随时间推移通过病毒突变而失效，这在热浪期间可能加剧，导致许多植株突然出现症状。最后，烟草花叶病毒难以根除，可在温室和衣物上持续存在长达六个月。鉴于ToBRFV造成的重大损失，鉴定针对该病毒的持久且稳健的抗性在该领域至关重要。
1.3. 番茄驯化与抗性育种
许多不同品种的番茄在商业上可购得，其来源于由复杂驯化历史产生的广泛遗传多样性库。番茄驯化可能约在7000年前首次发生，甚至在16世纪哥伦布大交换引入欧洲之前就已是一个复杂过程。番茄育种已变得越来越复杂和国际化，种子在全球范围内流动并为大规模商业生产系统进行扩繁。番茄种子产业的日益全球化促进了ToBRFV的快速全球传播。
野生番茄种原产于南美洲西部，从厄瓜多尔到智利。它们可在从海平面到安第斯山脉高处的各种栖息地生长，适应干旱和多雨气候。至少有11个不同种被确认，包括驯化番茄（S. lycopersicum）和野生近缘种如S. pimpinellifolium、S. cheesmaniae、S. galapagense、S. chilense、S. chmielewskii、S. habrochaites、S. pennellii、S. neorickii、S. peruvianum北部和S. peruvianum南部。这些多样化的种代表了为商业品种鉴定新病害抗性性状的宝贵遗传资源，尽管它们在果实形态和发育特性上表现出显著变异。
果实成熟是一个复杂过程，商业生产重视许多不同品质，包括果实重量、大小、形状、均匀成熟时间、味道、香气等。许多基因参与果实发育过程，番茄中至少有28个与果实重量相关的数量性状位点（QTL）。基因FRUIT WEIGHT 2.2（FW2.2）可影响高达30%的果实重量，是细胞分裂的调节因子。FASCIATED（FAS）、SUN、OVATE和LOCULE NUMBER（LC）是S. lycopersicum中果实形状的主要决定因素。来自野生近缘种的基因导入常在与商业番茄品种杂交时导致不良性状，如小果型、低产量、差风味或延迟成熟。
与果实发育性状类似，野生番茄种可表达驯化番茄中不存在的新颖独特抗性性状。抗性基因Tm-1赋予ToMV耐性，于1939年首次从S. habrochaites报道。Tm-2基因和Tm-22等位基因均在S. peruvianum中鉴定，并用于超过90%的商业番茄品种，为烟草花叶病毒提供了超过60年的持久抗性。虽然这些基因对温室番茄产业产生了重大影响，但将野生番茄近缘种的抗性来源整合到商业品种中是复杂的，并可能带来重大挑战。一些种具有使与栽培番茄杂交困难的遗传障碍。与抗性相关的基因可能与营养生长或果实发育相关的位点连锁，导致优良品种中的连锁累赘和产量下降。
自交不亲和性阻止自花受精并通过促进异交帮助维持物种遗传多样性，但可导致杂交种不育或后代中抗性基因表达失败。S. lycopersicum、S. peruvianum和S. habrochaites之间的杂交可表现不育、分离扭曲和重组减少，表明其染色体存在结构差异。Tm-22与重组减少区域相关，这可影响果实发育和品质。虽然许多新的推定抗性基因已被鉴定，但大多数与抗性相关的QTL出现在也与果实发育调控基因相关的染色体上。控制果实重量和形状的许多基因已被定位在与ToBRFV抗性相关基因组区域相同的染色体上，尤其是2号和11号染色体。这种相关性已导致均匀果实成熟问题、簇大小变化以及其他产量和果实成熟的变化。
在商业番茄品种中，抗性水平由国际种子联合会（ISF）定义，该组织于2022年更新了其抗性定义。他们描述了三种病原体-植物互作水平：感病性；中间抗性，即病原体症状被限制在中等程度；以及高抗性，仍可出现轻微症状。这些定义与抑制病毒复制和症状的耐性性状更为广泛一致，同时仍允许感染和病毒潜在传播，这可能导致抗性逃逸。自广告宣传为高度抗性的品种发布以来，种子公司关于ToBRFV的沟通已发生重大变化，随后抗性在受感染温室中失效。最近，许多种子公司提供免责声明，指出对ToBRFV的免疫不存在。一项近期使用161份番茄种质的ToBRFV抗性性状全基因组关联研究报告称，即使在高度抗性植株中也能检测到病毒，这与耐性性状而非免疫一致。
1.4. 新抗性来源的鉴定
自2014年ToBRFV出现以来，已在野生种S. habrochaites、S. peruvianum、S. chilense、S. ochrantum和S. pimpinellifolium中鉴定出有前景的ToBRFV中间和高抗性来源。虽然这些结果令人鼓舞，但仍需对这些性状进行进一步表征。目前尚不清楚部分鉴定的抗性是否由相同基因引起，或者是否存在多种不同抗性机制。此外，尚无同行评审报告确凿证明单一基因负责某一抗性性状，这些推定抗性基因的身份也未明确建立。抗性在种内也可能存在显著差异，这些种群中可能存在多个效率不同的等位基因，类似于Tm-2最初被发现并在Tm-22等位基因被鉴定前用于烟草花叶病毒抗性的情况。了解这些推定抗性基因的分子机制及其相互作用可为开发更健壮的番茄提供可能。最后，了解果实发育相关基因如何与推定抗性基因连锁，对于促进抗性性状导入同时最小化对果实发育的影响至关重要。
虽然关于这些基因身份和功能的已发表研究很少，但网上有数个与ToBRFV抗性性状相关的专利。与ToBRFV抗性基因或品种相关的专利数量于2018年首次报道。到2023年，Sánchez-Sánchez等人报道了共28项与ToBRFV抗性相关的专利，此后该数量急剧增加，在2024年达到峰值，随后在2025年迅速下降，表明大多数易识别的ToBRFV抗性遗传资源已被挖掘。截至2026年8月，Google专利上共有79项ToBRFV抗性相关专利。大多数专利由主要番茄育种公司提交，包括Rijk Zwaan、Enza Zaden、BASF、Syngenta等。学术机构和政府也提交了与ToBRFV抗性相关的专利。我们检查了所有可用专利中与抗性或耐性声明相关的命名基因或序列数据，并将这些序列定位到番茄基因组，以更好地了解哪些染色体区域与ToBRFV抗性相关。
大多数专利中可用的序列定位到2、8、9和11号染色体。Tm-1基因和两个TOM同源基因TOM1c和TOM1d定位于2号染色体。Tm-1显然在烟草花叶病毒抗性中发挥作用，但有证据表明Tm-1介导的抗性不持久，已有多个抗性逃逸的报道。Tm-1是从S. habrochaites导入的半显性基因，编码754个氨基酸的蛋白。该蛋白由未表征的N端结构域和C端TIM桶样结构域组成，其中仅N端结构域是抑制烟草花叶病毒复制所必需的。已报道ToBRFV p126 ORF中的某些多态性可降低Tm-1的有效性，使其无法阻止病毒复制和症状发展。一项研究在较长时间内检查了Tm-1与ToBRFV的相互作用，显示虽然系统感染在感染后50天内被阻止，但在感染后100天症状明显。因此需要更长时间的研究来全面检查Tm-1介导的抗性。其他研究描述了Tm-1介导抗性在高温下的失效。Tm-1表达水平也可对抗性有效性产生重大影响，过表达系可显著减少病毒积累。
使问题更加复杂的是，来自S. habrochaites和S. pennellii的Tm-1直系同源物在减少病毒复制方面显示出更大前景。这些物种Tm-1等位基因变体的氨基酸比对显示抗性和感性等位基因之间存在差异，特别是在负责与病毒复制酶相互作用的区域。Tm-1的等位基因变异确实对烟草花叶病毒表现出差异抗性反应，这也可能受纯合性或基因表达水平影响。Tm-1过表达系可显著减少病毒积累。两个独立的S. habrochaites基因组组装（种质LA1353和ZY59）包含Tm-1基因组区域的一段重复，产生Tm-1基因复制，两个直系同源物彼此具有96%的一致性。另一项近期研究证明，在嫁接砧木中使用Tm-1可降低ToBRFV土壤传播率，但不能阻止感染，进一步证明了Tm-1在未来ToBRFV抗性中的有用性。优化序列变体和其他相互作用因子可帮助增强Tm-1介导的抗性并减少抗性逃逸。
烟草花叶病毒p126蛋白是一种多功能蛋白，在病毒复制复合体（VRC）组装中发挥关键作用。虽然Tm-1是识别p126蛋白以防止VRC组装的抗性基因，但其他宿主因子参与促进VRC组装，如编码跨膜结构域蛋白的TOM基因。因此，对ToBRFV和其他烟草花叶病毒的抗性可通过此类宿主因子的突变实现，包括多个TOM同源基因（TOM1a/TOM3/TOM1b），尽管这些基因受到严格的专利控制。TOM1也已被证明与ARL8相互作用，ARL8是一种ADP-核糖基化因子（ARF）样小GTP结合蛋白。ARL8因此是另一个参与烟草花叶病毒复制的推定宿主因子。这些基因都被认为参与VRC的产生，因此是有效感染所必需的。
RGA1和TOM2a位于8号染色体，还有一个富亮氨酸重复受体样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。RGA1（Solyc08g075630）最初在S. habrochaities种质的筛选中被鉴定，一项专利报道沉默该单一基因可消除该品系中先前鉴定的抗性。RGA1编码马铃薯晚疫病抗性基因的直系同源物。RGA1编码含NB-LRR的蛋白，具有与Tm-2相似的结构域，因此是可能赋予一定水平ToBRFV耐性的推定抗性基因。然而，与该基因相关的ToBRFV抗性突破分离株已被报道。已在抗性突破型ToBRFV分离株的病毒MP中鉴定出氨基酸多态性，包括N82K和T115R，表明RGA1不是针对ToBRFV的持久抗性基因。然而，来自不同种质的RGA1基因序列高度可变，表明自然种群中可能存在多个RGA1等位基因，这可能对对抗ToBRFV有用。
九项专利包含位于9号染色体的抗性基因信息，这也是Tm-2基因的位置。Tm-2是这9项专利中7项的焦点，多项专利描述了通过14个氨基酸的诱变恢复Tm-2对ToBRFV的功能。两项近期同行评审研究检查了恢复Tm-22对ToBRFV功能的可能性，但商业专利和科学文献之间关于哪些氨基酸替换可促进这一点几乎没有共识。一项近期研究报道了两个氨基酸多态性（S723Y和N744D）可恢复Tm-2对ToBRFV的功能，同时保持对TMV的有效性。其他报道显示Tm-22保留了对ToBRFV的部分功能，且Tm-22过表达系可增强抗性。除Tm-2外，番茄含有约267个其他NB或NB-LRR基因，包括RGA1，这些基因也可能对病害抗性的适应有用。
11号染色体是15项专利的焦点，其中3项专利的序列数据与CCA基因（Solyc11g018810）相关，该基因也在ToBRFV抗性的GWAS研究中被鉴定。这些专利中报道了CCA基因中多种替换、插入和缺失组合可能负责抗性。CCA基因编码ATP:tRNA核苷酸转移酶，将胞嘧啶-胞嘧啶-腺苷三核苷酸添加到tRNA的3′末端，在tRNA转录后成熟中必不可少。烟草花叶病毒含有带末端CCA三核苷酸的3′ tRNA样结构，CCA基因已被建议对烟草花叶病毒复制很重要。烟草花叶病毒的3′ UTR在增强病毒蛋白翻译中发挥重要作用，对负链RNA合成至关重要。然而，一项近期对S. pennellii抗性性状的研究表明，CCA未参与该特定研究中描述的高抗性，另一个未知基因也可能有助于ToBRFV抗性。
一个位于9或11号染色体的推定抗性QTL与Tm-1基因相互作用，两个基因共同可产生更有效的抗性。来自S. pennellii的Tm-1等位基因近期被报道在与11号染色体上另一个位点组合时可提供对ToBRFV的抗性。通过专利可识别的11号染色体上其他推定抗性基因包括推定病害抗性RPP13样蛋白、含LRR重复的蛋白、生长素响应因子、乙酰转移酶、含DnaJ结构域的未表征蛋白、热激蛋白以及F-box蛋白CPR1，后者可负调控R蛋白SNC1的积累。其他研究在11号染色体上鉴定了QTL，并在定位区间内鉴定了两个病害抗性基因类似物，对应Solyc11g062150（TIR-NBS-LRR抗性蛋白，Toll-白细胞介素受体）和Solyc11g062180（病害抗性蛋白，富亮氨酸重复），这些也是抗性基因的良好候选。
少数专利还引用了1、3、4、6、7和12号染色体上的基因，包括与Ring finger蛋白、受体样激酶同源的基因，特别是TOM基因。六项专利与含富亮氨酸重复区域的基因相关，类似于Tm-2。最后，另有36项专利不包含任何序列数据。这些专利为潜在候选抗性基因和被导入商业优良品种的性状提供了一些信息，尽管任何基因在ToBRFV抗性中的作用仍属推测。
1.5. 抗性失效、温度敏感性与抗性机制
不幸的是，许多这些抗性基因已被报道随时间推移和在高温下失效，包括Tm-1和RGA1。烟草N基因转化到番茄植株后，在20°C下提供对ToBRFV的抗性，但在超过30°C的温度下无法提供抗性。来自S. habrochaites和S. peruvianum谱系的ToBRFV抗性与RGA1基因相关，在超过33°C的温度下也失效。升高的温度甚至可降低HR反应的有效性，这可能进一步削弱Tm-22样抗性。气候变化导致的温度升高因此可能严重加剧持续的ToBRFV大流行。
虽然许多不同基因可能参与介导ToBRFV抗性，但存在一些清晰趋势可将基因归类为相似的作用机制。第一个主要组激活抗性信号传导，如一些传统R基因启动针对烟草花叶病毒的过敏反应（HR）。这包括Tm-2等位基因、烟草N基因和辣椒L等位基因。推定抗性基因RGA1也可能以类似方式起作用，识别病毒无毒力蛋白（可能是ToBRFV MP）并启动HR以防止病毒复制。第二个主要组包括参与病毒复制的抗性基因和宿主因子，如Tm-1、TOM基因以及潜在的CCA。确定新型抗性基因的身份、了解其功能并确定其可能的加性效应，将有助于确定这些抗性基因对ToBRFV的长期有效性。
2. 结论
ToBRFV的快速全球传播已迫使番茄温室生产发生许多变化，导致成本增加和果实产量减少。与其他烟草花叶病毒类似，ToBRFV对化学净化方法高度抵抗，遗传抗性是控制ToBRFV的最佳方法。在鉴定新型抗性来源方面已进行了大量研究。然而，早期报道已表明许多这些新抗性基因不持久，使得鉴定和理解ToBRFV抗性机制至关重要。许多推定抗性基因仍需表征。从野生番茄种导入抗性基因也可能对果实产量和品质产生负面影响，这也可能影响生产效率。最后，高温下抗性的失效在全球变暖背景下引发了对粮食生产的进一步担忧。
虽然天然抗性来源已被彻底筛选，但替代性抗性方法，包括诱变，可产生新的抗性来源。Tm-1与其他推定抗性基因（如RGA1）之间的等位基因组合可提供更持久的抗性。基因组编辑也可应用于推定宿主因子，以快速鉴定和引入新型抗性性状。同样，ToBRFV感染性克隆或其他基于RNAi的控制方法的发展将允许更精确地研究病毒-抗性基因相互作用。持续的ToBRFV大流行是一个严重问题，管理这种异常侵略性的烟草花叶病毒需要高度协调、多层次的方法，包括遗传学、分子生物学和文化实践。
