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Muñoz-Barrios A, Sopeña-Torres S, Ramos B, López G, Del Hierro I, Díaz-González S, González-Melendi P, Mélida H, Fernández-Calleja V, Mixão V, Martín-Dacal M, Marcet-Houben M, Gabaldón T, Sacristán S, Molina A. Differential Expression of Fungal Genes Determines the Lifestyle of Plectosphaerella Strains During Arabidopsis thaliana Colonization. Mol Plant Microbe Interact 2020; 33:1299-1314. [PMID: 32720872 DOI: 10.1094/mpmi-03-20-0057-r] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 06/11/2023]
Abstract
The fungal genus Plectosphaerella comprises species and strains with different lifestyles on plants, such as P. cucumerina, which has served as model for the characterization of Arabidopsis thaliana basal and nonhost resistance to necrotrophic fungi. We have sequenced, annotated, and compared the genomes and transcriptomes of three Plectosphaerella strains with different lifestyles on A. thaliana, namely, PcBMM, a natural pathogen of wild-type plants (Col-0), Pc2127, a nonpathogenic strain on Col-0 but pathogenic on the immunocompromised cyp79B2 cyp79B3 mutant, and P0831, which was isolated from a natural population of A. thaliana and is shown here to be nonpathogenic and to grow epiphytically on Col-0 and cyp79B2 cyp79B3 plants. The genomes of these Plectosphaerella strains are very similar and do not differ in the number of genes with pathogenesis-related functions, with the exception of secreted carbohydrate-active enzymes (CAZymes), which are up to five times more abundant in the pathogenic strain PcBMM. Analysis of the fungal transcriptomes in inoculated Col-0 and cyp79B2 cyp79B3 plants at initial colonization stages confirm the key role of secreted CAZymes in the necrotrophic interaction, since PcBMM expresses more genes encoding secreted CAZymes than Pc2127 and P0831. We also show that P0831 epiphytic growth on A. thaliana involves the transcription of specific repertoires of fungal genes, which might be necessary for epiphytic growth adaptation. Overall, these results suggest that in-planta expression of specific sets of fungal genes at early stages of colonization determine the diverse lifestyles and pathogenicity of Plectosphaerella strains.
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Affiliation(s)
- Antonio Muñoz-Barrios
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
- Departamento de Biotecnología-Biología Vegetal, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas, Universidad Politécnica de Madrid, 28040-Madrid, Spain
| | - Sara Sopeña-Torres
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
| | - Brisa Ramos
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
| | - Gemma López
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
| | - Irene Del Hierro
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
- Departamento de Biotecnología-Biología Vegetal, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas, Universidad Politécnica de Madrid, 28040-Madrid, Spain
| | - Sandra Díaz-González
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
- Departamento de Biotecnología-Biología Vegetal, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas, Universidad Politécnica de Madrid, 28040-Madrid, Spain
| | - Pablo González-Melendi
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
- Departamento de Biotecnología-Biología Vegetal, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas, Universidad Politécnica de Madrid, 28040-Madrid, Spain
| | - Hugo Mélida
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
| | - Vanessa Fernández-Calleja
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
| | - Verónica Mixão
- Centre for Genomic Regulation (CRG), Barcelona Institute of Science and Technology, Dr. Aiguader 88, 08003 Barcelona, Spain
- Universitat Pompeu Fabra (UPF), 08003 Barcelona, Spain
| | - Marina Martín-Dacal
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
- Departamento de Biotecnología-Biología Vegetal, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas, Universidad Politécnica de Madrid, 28040-Madrid, Spain
| | - Marina Marcet-Houben
- Centre for Genomic Regulation (CRG), Barcelona Institute of Science and Technology, Dr. Aiguader 88, 08003 Barcelona, Spain
- Universitat Pompeu Fabra (UPF), 08003 Barcelona, Spain
| | - Toni Gabaldón
- Centre for Genomic Regulation (CRG), Barcelona Institute of Science and Technology, Dr. Aiguader 88, 08003 Barcelona, Spain
- Universitat Pompeu Fabra (UPF), 08003 Barcelona, Spain
- ICREA, Pg. Lluís Companys 23, 08010 Barcelona, Spain
| | - Soledad Sacristán
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
- Departamento de Biotecnología-Biología Vegetal, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas, Universidad Politécnica de Madrid, 28040-Madrid, Spain
| | - Antonio Molina
- Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)-Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), Campus Montegancedo-UPM, 28223-Pozuelo de Alarcón (Madrid), Spain
- Departamento de Biotecnología-Biología Vegetal, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas, Universidad Politécnica de Madrid, 28040-Madrid, Spain
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