miRCat2: Accurate prediction of plant and animal microRNAs from next-generation sequencing datasets

Motivation: MicroRNAs are a class of ∼21-22 nucleotide small RNAs which are excised from a stable hairpin-like secondary structure. They have important gene regulatory functions and are involved in many pathways including developmental timing, organogenesis and development in eukaryotes. There are several computational tools for miRNA detection from next-generation sequencing (NGS) datasets. However, many of these tools suffer from high false positive and false negative rates. Here we present a novel miRNA prediction algorithm, miRCat2. miRCat2 incorporates a new entropy-based approach to detect miRNA loci, which is designed to cope with the high sequencing depth of current NGS datasets. It has a user-friendly interface and produces graphical representations of the hairpin structure and plots depicting the alignment of sequences on the secondary structure. Results: We tested miRCat2 on a number of animal and plant datasets and present a comparative analysis with miRCat, miRDeep2, miRPlant and miReap. We also use mutants in the miRNA biogenesis pathway to evaluate the predictions of these tools. Results indicate that miRCat2 has an improved accuracy compared with other methods tested. Moreover, miRCat2 predicts several new miRNAs that are differentially expressed in wildtype versus mutants in the miRNA biogenesis pathway. Availability: miRCat2 is part of the UEA small RNA Workbench and is freely available from http://srnaworkbench.cmp.uea.ac.uk

An improved assembly and annotation of the allohexaploid wheat genome identifies complete families of agronomic genes and provides genomic evidence for chromosomal translocations

Advances in genome sequencing and assembly technologies are generating many high-quality genome sequences, but assemblies of large, repeat-rich polyploid genomes, such as that of bread wheat, remain fragmented and incomplete. We have generated a new wheat whole-genome shotgun sequence assembly using a combination of optimized data types and an assembly algorithm designed to deal with large and complex genomes. The new assembly represents >78% of the genome with a scaffold N50 of 88.8 kb that has a high fidelity to the input data. Our new annotation combines strand-specific Illumina RNA-seq and Pacific Biosciences (PacBio) full-length cDNAs to identify 104,091 high-confidence protein-coding genes and 10,156 noncoding RNA genes. We confirmed three known and identified one novel genome rearrangements. Our approach enables the rapid and scalable assembly of wheat genomes, the identification of structural variants, and the definition of complete gene models, all powerful resources for trait analysis and breeding of this key global crop

Characterizing new Arabidopsis Thaliana mutants affected in transpiration

Arabidopsis thaliana mutants are commonly used in plant physiology to understand cellular and molecular mechanisms in general. We focused on stomatal functioning and are aiming at contributing to the knowledge of stomatal regulation. A new screening method was used to select 5 T-DNA insertion mutants having a high transpiration rate and molecular techniques were optimized to rescue potential mutated genes. One of them, cb1, is possibly the already mentioned anion-channel SLAH1 gene (Negi et al., 2008). Phenotypic characterization of cb5, consisting of water loss measurements and toluidine blue staining of the epidermis demonstrated a defect in the cuticle of this mutant. A screen for stomatal mutants was conducted on previously selected EMS-mutagenized lines that were sensitive to ozone in order to identify new mutants. One line, ozs7, was selected and showed no response to either ozone or CO2. However, it did display a wild-type response to changes in air humidity. Further investigations are required to confirm and to make the most out of these discoveries.Les mutants d’A. thaliana sont utilisés avec succès en biologie végétale pour comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires des différentes fonctions. Nous avons particulièrement étudié la régulation stomatique, fonction essentielle contrôlant les échanges gazeux entre les feuilles et l’atmosphère, afin de contribuer à la connaissance des mécanismes de cette fonction. Une nouvelle stratégie de criblage a permis la sélection de 5 mutants d’insertion ayant un taux d’évapotranspiration supérieur à la normale. L’optimisation des techniques moléculaires (extraction d’ADN et tail-PCR) ont permis l’identification de 4 gènes. Notamment, SLAC HOMOLOGUE 1 (SLAH1) qui est un canal anionique, est potentiellement impliqué dans la régulation stomatique du mutant cb1. Un fort pourcentage de perte en eau et une coloration épidermique accréditent la thèse selon laquelle le mutant d’insertion cb5 serait un mutant cuticulaire. Un criblage, basé sur la réponse stomatique à un pic d’ozone, a été effectué en parallèle sur une collection de mutants EMS sensibles à l’ozone. Un mutant, ozs7, n’a pas répondu au stimulus ozone, ni à une forte concentration en CO2. Cependant, ozs7 répond normalement à des changements d’humidité atmosphérique. Une caractérisation plus poussée devrait confirmer ces premiers résultats et tenter d’en tirer des conclusions sur la régulation stomatique de ce mutant

Diversity and composition of fungi and oomycete communities in beech forest in relation to climatic and edaphic variables : from the stand to the continent

Les sols forestiers sont des habitats hétérogènes, véritables réservoirs de microorganismes. Parmi ces microorganismes, les eucaryotes filamenteux (champignons et oomycètes) sont très divers et jouent un rôle important dans le fonctionnement et la durabilité des écosystèmes forestiers. Leur diversité et leur répartition spatiale à différentes échelles sont encore peu connues et les facteurs qui sous-tendent cette dispersion sont encore peu étudiés. Aussi, les objectifs étaient (i) d'exploiter le séquençage haut-débit pour des études d'écologie microbienne à large échelle et valider son application aux communautés d'oomycètes pathogènes en milieu forestier, (ii) de décrire ces communautés microbiennes, en termes de diversité et de structure, à différentes échelles spatiales (locale, régionale et continentale), (iii) de caractériser les variables biotiques et abiotiques structurant ces communautés et (iv) d'évaluer la réponse éventuelle des communautés aux variations climatiques. Une première étude pilote à l'échelle de la parcelle a été suivi de deux études à grande échelle spatiale le long de gradients environnementaux. Des gradients d'altitude et un gradient latitudinal, à l'échelle continentale, ont été utilisés comme gradient climatique. L'étude préliminaire a donc validé l'utilisation du pyroséquençage pour les communautés fongiques, et en particulier pour les espèces ectomycorhiziennes, et apporté des éléments pour établir une méthodologie d'échantillonnage couplée à cette technique. L'application de ces outils moléculaires à l'étude des communautés oomycètes pathogènes reste à optimiser. Les résultats obtenus sur les communautés fongiques telluriques suggèrent que dans l'hypothèse d'un réchauffement climatique, la richesse fongique ne serait pas directement affectée mais la composition des communautés le serait. La composition des communautés fongiques est également fortement liée au pH du sol. Ces résultats sont à affiner en étudiant plus en détail divers groupes taxonomiques et écologiques en lien avec des variables climatiques plus précises. Par ailleurs, de nombreuses perspectives sont envisageables pour améliorer la détection des oomycètes dans les sols forestiers, qui reste un challenge en écologie microbienneForest soils are heterogeneous habitats full of microorganisms. In particular, the filamentous eukaryotes (fungi and oomycetes) exhibit a huge diversity and play essential functions in the dynamic and sustainable growth of the forest ecosystem. However, their diversity and their distribution are poorly known; thus, so are the structuring factors of these microbial communities. The main goals were: (i) use a high-throughput pyrosequencing to study soil microbial communities at a broad geographical scale, and particularly to validate its use for the study of soil forest pathogenic oomycete communities, (ii) study the diversity and structure of fungal and pathogenic oomycetes communities at several spatial scales, (iii) identify possible climatic and edaphic variables structuring these communities and (iv) estimate the possible response of these microbial communities to climatic variation. A pilot study was undertaken at the stand scale. Then, two additional studies were carried out along environmental gradients at the regional and continental scales. The use of the pyrosequencing technique was found appropriate for the fungal communities, but difficulties arose in studying the pathogenic oomycete community. At the stand scale, results suggested the soil to be a valuable substitute for the roots to access the ectomycorrhizal richness and composition using pyrosequencing. The results along the broad scale gradients suggested that fungal richness may not be affected by climate warming but that the composition would be. Moreover, our work indicated that soil pH is a major factor explaining fungal community composition. The main conclusions are still to be confirmed and deeper knowledge of the response of different fungal phylum, or family, would be required. The detection and thus the diversity estimation of the pathogenic oomycetes in forest soil remains a current challeng

Richesse et diversité des assemblages de champignons et d'oomycètes de hêtraies, en relation avec des facteurs climatiques et édaphiques : de la parcelle au continent

Forest soils are heterogeneous habitats full of microorganisms. In particular, the filamentous eukaryotes (fungi and oomycetes) exhibit a huge diversity and play essential functions in the dynamic and sustainable growth of the forest ecosystem. However, their diversity and their distribution are poorly known; thus, so are the structuring factors of these microbial communities. The main goals were: (i) use a high-throughput pyrosequencing to study soil microbial communities at a broad geographical scale, and particularly to validate its use for the study of soil forest pathogenic oomycete communities, (ii) study the diversity and structure of fungal and pathogenic oomycetes communities at several spatial scales, (iii) identify possible climatic and edaphic variables structuring these communities and (iv) estimate the possible response of these microbial communities to climatic variation. A pilot study was undertaken at the stand scale. Then, two additional studies were carried out along environmental gradients at the regional and continental scales. The use of the pyrosequencing technique was found appropriate for the fungal communities, but difficulties arose in studying the pathogenic oomycete community. At the stand scale, results suggested the soil to be a valuable substitute for the roots to access the ectomycorrhizal richness and composition using pyrosequencing. The results along the broad scale gradients suggested that fungal richness may not be affected by climate warming but that the composition would be. Moreover, our work indicated that soil pH is a major factor explaining fungal community composition. The main conclusions are still to be confirmed and deeper knowledge of the response of different fungal phylum, or family, would be required. The detection and thus the diversity estimation of the pathogenic oomycetes in forest soil remains a current challengeLes sols forestiers sont des habitats hétérogènes, véritables réservoirs de microorganismes. Parmi ces microorganismes, les eucaryotes filamenteux (champignons et oomycètes) sont très divers et jouent un rôle important dans le fonctionnement et la durabilité des écosystèmes forestiers. Leur diversité et leur répartition spatiale à différentes échelles sont encore peu connues et les facteurs qui sous-tendent cette dispersion sont encore peu étudiés. Aussi, les objectifs étaient (i) d'exploiter le séquençage haut-débit pour des études d'écologie microbienne à large échelle et valider son application aux communautés d'oomycètes pathogènes en milieu forestier, (ii) de décrire ces communautés microbiennes, en termes de diversité et de structure, à différentes échelles spatiales (locale, régionale et continentale), (iii) de caractériser les variables biotiques et abiotiques structurant ces communautés et (iv) d'évaluer la réponse éventuelle des communautés aux variations climatiques. Une première étude pilote à l'échelle de la parcelle a été suivi de deux études à grande échelle spatiale le long de gradients environnementaux. Des gradients d'altitude et un gradient latitudinal, à l'échelle continentale, ont été utilisés comme gradient climatique. L'étude préliminaire a donc validé l'utilisation du pyroséquençage pour les communautés fongiques, et en particulier pour les espèces ectomycorhiziennes, et apporté des éléments pour établir une méthodologie d'échantillonnage couplée à cette technique. L'application de ces outils moléculaires à l'étude des communautés oomycètes pathogènes reste à optimiser. Les résultats obtenus sur les communautés fongiques telluriques suggèrent que dans l'hypothèse d'un réchauffement climatique, la richesse fongique ne serait pas directement affectée mais la composition des communautés le serait. La composition des communautés fongiques est également fortement liée au pH du sol. Ces résultats sont à affiner en étudiant plus en détail divers groupes taxonomiques et écologiques en lien avec des variables climatiques plus précises. Par ailleurs, de nombreuses perspectives sont envisageables pour améliorer la détection des oomycètes dans les sols forestiers, qui reste un challenge en écologie microbienn

Richesse et diversité des assemblages de champignons et d'oomycètes de hêtraies, en relation avec des facteurs climatiques et édaphiques (de la parcelle au continent)

Les sols forestiers sont des habitats hétérogènes, véritables réservoirs de microorganismes. Parmi ces microorganismes, les eucaryotes filamenteux (champignons et oomycètes) sont très divers et jouent un rôle important dans le fonctionnement et la durabilité des écosystèmes forestiers. Leur diversité et leur répartition spatiale à différentes échelles sont encore peu connues et les facteurs qui sous-tendent cette dispersion sont encore peu étudiés. Aussi, les objectifs étaient (i) d'exploiter le séquençage haut-débit pour des études d'écologie microbienne à large échelle et valider son application aux communautés d'oomycètes pathogènes en milieu forestier, (ii) de décrire ces communautés microbiennes, en termes de diversité et de structure, à différentes échelles spatiales (locale, régionale et continentale), (iii) de caractériser les variables biotiques et abiotiques structurant ces communautés et (iv) d'évaluer la réponse éventuelle des communautés aux variations climatiques. Une première étude pilote à l'échelle de la parcelle a été suivi de deux études à grande échelle spatiale le long de gradients environnementaux. Des gradients d'altitude et un gradient latitudinal, à l'échelle continentale, ont été utilisés comme gradient climatique. L'étude préliminaire a donc validé l'utilisation du pyroséquençage pour les communautés fongiques, et en particulier pour les espèces ectomycorhiziennes, et apporté des éléments pour établir une méthodologie d'échantillonnage couplée à cette technique. L'application de ces outils moléculaires à l'étude des communautés oomycètes pathogènes reste à optimiser. Les résultats obtenus sur les communautés fongiques telluriques suggèrent que dans l'hypothèse d'un réchauffement climatique, la richesse fongique ne serait pas directement affectée mais la composition des communautés le serait. La composition des communautés fongiques est également fortement liée au pH du sol. Ces résultats sont à affiner en étudiant plus en détail divers groupes taxonomiques et écologiques en lien avec des variables climatiques plus précises. Par ailleurs, de nombreuses perspectives sont envisageables pour améliorer la détection des oomycètes dans les sols forestiers, qui reste un challenge en écologie microbienneForest soils are heterogeneous habitats full of microorganisms. In particular, the filamentous eukaryotes (fungi and oomycetes) exhibit a huge diversity and play essential functions in the dynamic and sustainable growth of the forest ecosystem. However, their diversity and their distribution are poorly known; thus, so are the structuring factors of these microbial communities. The main goals were: (i) use a high-throughput pyrosequencing to study soil microbial communities at a broad geographical scale, and particularly to validate its use for the study of soil forest pathogenic oomycete communities, (ii) study the diversity and structure of fungal and pathogenic oomycetes communities at several spatial scales, (iii) identify possible climatic and edaphic variables structuring these communities and (iv) estimate the possible response of these microbial communities to climatic variation. A pilot study was undertaken at the stand scale. Then, two additional studies were carried out along environmental gradients at the regional and continental scales. The use of the pyrosequencing technique was found appropriate for the fungal communities, but difficulties arose in studying the pathogenic oomycete community. At the stand scale, results suggested the soil to be a valuable substitute for the roots to access the ectomycorrhizal richness and composition using pyrosequencing. The results along the broad scale gradients suggested that fungal richness may not be affected by climate warming but that the composition would be. Moreover, our work indicated that soil pH is a major factor explaining fungal community composition. The main conclusions are still to be confirmed and deeper knowledge of the response of different fungal phylum, or family, would be required. The detection and thus the diversity estimation of the pathogenic oomycetes in forest soil remains a current challengeMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Metagenomics of the forest soil microbiome: from diversity to function

National audienc

Compartmentalized and contrasted response of ectomycorrhizal and soil fungal communities of Scots pine forests along elevation gradients in France and Spain

Fungi are principal actors of forest soils implied in many ecosystem services and the mediation of tree's responses. Forecasting fungal responses to environmental changes is necessary for maintaining forest productivity, although our partial understanding of how abiotic and biotic factors affect fungal communities is restricting the predictions. We examined fungal communities of Pinus sylvestris along elevation gradients to check potential responses to climate change-associated factors. Fungi of roots and soils were analysed at a regional scale, by using a high-throughput sequencing approach. Overall soil fungal richness increased with pH, whereas it did not vary with climate. However, when representative sub-assemblages, i.e. Ascomycetes/Basidiomycetes, and families were analysed, they differentially answered to climatic and edaphic variables. This response was dependent on where they settled, i.e. soil versus roots, and/or on their lifestyle, i.e. mycorrhizal or not, suggesting different potential functional weights within the community. Our results revealed a highly compartmentalized and contrasted response of fungal communities in forest soils. The different response of fungal sub-assemblages indicated a range of possible selective direct and indirect (i.e. via host) impacts of climatic variations on these communities, of unknown functional consequences, that helps in understanding potential fungal responses under future global change scenarios

Below-ground fine-scale distribution and soil versus fine root detection of fungal and soil oomycete communities in a French beech forest

International audienceThe use of next-generation DNA sequencing methods, which produce massive volumes of data, has transformed fungal molecular ecology. These technologies offer the opportunity to describe microbial communities in depth and to investigate fungal diversity at a large geographical scale. In particular, due to the emergence of studies conducted at a large scale (countries, continents), the definition of a compromise between the optimal and representative description of local diversity (plot scale) and the management of a greater number of sites for these studies is required. This work was performed to explore the local richness and the structure of the ectomycorrhizal (EcM) fungal and oomycete communities in a temperate beech plot using 454 pyrosequencing technology. The internal transcribed spacer 1 (ITS1) region was amplified and sequenced from fine roots and soil sampled from the two upper horizons. Our analyses suggest that soil could be a good substitute for fine roots in studying EcM fungi. The fungal assemblage exhibited a vertical distribution in the soil profile. Only four Pythiaceae were identified, which was insufficient to study the spatial distribution of this group. The fungal and particularly the ectomycorrhizal (EcM) richness was not correlated with any soil variable (pH, C, N or P), but the spatial structure was explained by the C:N ratio and phosphorus content. Our data reveal the importance of maintaining a minimal representative sampling at the plot scale for comparative geographical studies

Relationships between fungal richness and mean annual temperature.

<p>Fungal richness from the phyllosphere (A, C, E) or associated with the fine-roots (B, D, F), either total richness (A, B), Ascomycetes richness (C, D) or Basidiomycete richness (E, F). The richness was estimated from rarefaction at a sequencing depth of 1 400 and 500 sequences per leaf and root samples, respectively. Samples corresponded to the Alps (closed dots), the Pyrenees (filled triangles) or the Vosges (plus sign) with different colours meaning different sites.</p