Étude et décontamination du transcriptome de novo du nématode doré Globodera rostochiensis

Le nématode doré, Globodera rostochiensis, est un nématode phytoparasite qui peut infecter des plantes agricoles telles la pomme de terre, la tomate et l’aubergine. En raison des pertes de rendement considérables associées à cet organisme, il est justifiable de quarantaine dans plusieurs pays, dont le Canada. Les kystes du nématode doré protègent les œufs qu’ils contiennent, leur permettant de survivre (en état de dormance) jusqu’à 20 ans dans le sol. L’éclosion des œufs n’aura lieu qu’en présence d’exsudats racinaires d’une plante hôte compatible à proximité. Malheureusement, très peu de connaissances sont disponibles sur les mécanismes moléculaires liés à cette étape-clé du cycle vital du nématode doré. Dans cet ouvrage, nous avons utilisé la technique RNA-seq pour séquencer tous les ARNm d’un échantillon de kystes du nématode doré afin d’assembler un transcriptome de novo (sans référence) et d’identifier des gènes jouant un rôle dans les mécanismes de survie et d’éclosion. Cette méthode nous a permis de constater que les processus d’éclosion et de parasitisme sont étroitement reliés. Plusieurs effecteurs impliqués dans le mouvement vers la plante hôte et la pénétration de la racine sont induits dès que le kyste est hydraté (avant même le déclenchement de l’éclosion). Avec l’aide du génome de référence du nématode doré, nous avons pu constater que la majorité des transcrits du transcriptome ne provenaient pas du nématode doré. En effet, les kystes échantillonnés au champ peuvent contenir des contaminants (bactéries, champignons, etc.) sur leur paroi et même à l’intérieur du kyste. Ces contaminants seront donc séquencés et assemblés avec le transcriptome de novo. Ces transcrits augmentent la taille du transcriptome et induisent des erreurs lors des analyses post-assemblages. Les méthodes de décontamination actuelles utilisent des alignements sur des bases de données d’organismes connus pour identifier ces séquences provenant de contaminants. Ces méthodes sont efficaces lorsque le ou les contaminants sont connus (possède un génome de référence) comme la contamination humaine. Par contre, lorsque le ou les contaminants sont inconnus, ces méthodes deviennent insuffisantes pour produire un transcriptome décontaminé de qualité. Nous avons donc conçu une méthode qui utilise un algorithme de regroupement hiérarchique des séquences. Cette méthode produit, de façon récursive, des sous-groupes de séquences homogènes en fonction des patrons fréquents présents dans les séquences. Une fois les groupes créés, ils sont étiquetés comme contaminants ou non en fonction des résultats d’alignements du sous-groupe. Les séquences ambiguës ayant aucun ou plusieurs alignements différents sont donc facilement classées en fonction de l’étiquette de leur groupe. Notre méthode a été efficace pour décontaminer le transcriptome du nématode doré ainsi que d’autres cas de contamination. Cette méthode fonctionne pour décontaminer un transcriptome, mais nous avons aussi démontré qu’elle a le potentiel de décontaminer de courtes séquences brutes. Décontaminer directement les séquences brutes serait la méthode de décontamination optimale, car elle minimiserait les erreurs d’assemblage

Npas4: Linking Neuronal Activity to Memory

Immediate-early genes (IEGs) are rapidly activated after sensory and behavioral experience and are believed to be crucial for converting experience into long-term memory. Neuronal PAS domain protein 4 (Npas4), a recently discovered IEG, has several characteristics that make it likely to be a particularly important molecular link between neuronal activity and memory: it is among the most rapidly induced IEGs, is expressed only in neurons, and is selectively induced by neuronal activity. By orchestrating distinct activity-dependent gene programs in different neuronal populations, Npas4 affects synaptic connections in excitatory and inhibitory neurons, neural circuit plasticity, and memory formation. It may also be involved in circuit homeostasis through negative feedback and psychiatric disorders. We summarize these findings and discuss their implications.National Institutes of Health (U.S.) (Grant MH091220-01

The genome of the yellow potato cyst nematode, Globodera rostochiensis, reveals insights into the basis of parasitism and virulence

BACKGROUND: The yellow potato cyst nematode, Globodera rostochiensis, is a devastating plant pathogen of global economic importance. This biotrophic parasite secretes effectors from pharyngeal glands, some of which were acquired by horizontal gene transfer, to manipulate host processes and promote parasitism. G. rostochiensis is classified into pathotypes with different plant resistance-breaking phenotypes. RESULTS: We generate a high quality genome assembly for G. rostochiensis pathotype Ro1, identify putative effectors and horizontal gene transfer events, map gene expression through the life cycle focusing on key parasitic transitions and sequence the genomes of eight populations including four additional pathotypes to identify variation. Horizontal gene transfer contributes 3.5 % of the predicted genes, of which approximately 8.5 % are deployed as effectors. Over one-third of all effector genes are clustered in 21 putative ‘effector islands’ in the genome. We identify a dorsal gland promoter element motif (termed DOG Box) present upstream in representatives from 26 out of 28 dorsal gland effector families, and predict a putative effector superset associated with this motif. We validate gland cell expression in two novel genes by in situ hybridisation and catalogue dorsal gland promoter element-containing effectors from available cyst nematode genomes. Comparison of effector diversity between pathotypes highlights correlation with plant resistance-breaking. CONCLUSIONS: These G. rostochiensis genome resources will facilitate major advances in understanding nematode plant-parasitism. Dorsal gland promoter element-containing effectors are at the front line of the evolutionary arms race between plant and parasite and the ability to predict gland cell expression a priori promises rapid advances in understanding their roles and mechanisms of action.SE-vdA is supported by BBSRC grant BB/M014207/1. Sequencing was funded by BBSRC grant BB/F000642/1 to the University of Leeds and grant BB/F00334X/1 to the Wellcome Trust Sanger Institute). DRL was supported by a fellowship from The James Hutton Institute and the School of Biological Sciences, University of Edinburgh. GK was supported by a BBSRC PhD studentship. The James Hutton Institute receives funding from the Scottish Government. JAC and NEH are supported by the Wellcome Trust through its core funding of the Wellcome Trust Sanger Institute (grant 098051). This work was also supported by funding from the Canadian Safety and Security Program, project number CRTI09_462RD

Étude et décontamination du transcriptome de novo du nématode doré Globodera rostochiensis

Le nématode doré, Globodera rostochiensis, est un nématode phytoparasite qui peut infecter des plantes agricoles telles la pomme de terre, la tomate et l’aubergine. En raison des pertes de rendement considérables associées à cet organisme, il est justifiable de quarantaine dans plusieurs pays, dont le Canada. Les kystes du nématode doré protègent les œufs qu’ils contiennent, leur permettant de survivre (en état de dormance) jusqu’à 20 ans dans le sol. L’éclosion des œufs n’aura lieu qu’en présence d’exsudats racinaires d’une plante hôte compatible à proximité. Malheureusement, très peu de connaissances sont disponibles sur les mécanismes moléculaires liés à cette étape-clé du cycle vital du nématode doré. Dans cet ouvrage, nous avons utilisé la technique RNA-seq pour séquencer tous les ARNm d’un échantillon de kystes du nématode doré afin d’assembler un transcriptome de novo (sans référence) et d’identifier des gènes jouant un rôle dans les mécanismes de survie et d’éclosion. Cette méthode nous a permis de constater que les processus d’éclosion et de parasitisme sont étroitement reliés. Plusieurs effecteurs impliqués dans le mouvement vers la plante hôte et la pénétration de la racine sont induits dès que le kyste est hydraté (avant même le déclenchement de l’éclosion). Avec l’aide du génome de référence du nématode doré, nous avons pu constater que la majorité des transcrits du transcriptome ne provenaient pas du nématode doré. En effet, les kystes échantillonnés au champ peuvent contenir des contaminants (bactéries, champignons, etc.) sur leur paroi et même à l’intérieur du kyste. Ces contaminants seront donc séquencés et assemblés avec le transcriptome de novo. Ces transcrits augmentent la taille du transcriptome et induisent des erreurs lors des analyses post-assemblages. Les méthodes de décontamination actuelles utilisent des alignements sur des bases de données d’organismes connus pour identifier ces séquences provenant de contaminants. Ces méthodes sont efficaces lorsque le ou les contaminants sont connus (possède un génome de référence) comme la contamination humaine. Par contre, lorsque le ou les contaminants sont inconnus, ces méthodes deviennent insuffisantes pour produire un transcriptome décontaminé de qualité. Nous avons donc conçu une méthode qui utilise un algorithme de regroupement hiérarchique des séquences. Cette méthode produit, de façon récursive, des sous-groupes de séquences homogènes en fonction des patrons fréquents présents dans les séquences. Une fois les groupes créés, ils sont étiquetés comme contaminants ou non en fonction des résultats d’alignements du sous-groupe. Les séquences ambiguës ayant aucun ou plusieurs alignements différents sont donc facilement classées en fonction de l’étiquette de leur groupe. Notre méthode a été efficace pour décontaminer le transcriptome du nématode doré ainsi que d’autres cas de contamination. Cette méthode fonctionne pour décontaminer un transcriptome, mais nous avons aussi démontré qu’elle a le potentiel de décontaminer de courtes séquences brutes. Décontaminer directement les séquences brutes serait la méthode de décontamination optimale, car elle minimiserait les erreurs d’assemblage

Data from: A new method for studying population genetics of cyst nematodes based on Pool-Seq and genome-wide allele frequency analysis

Cyst nematodes are important agricultural pests responsible for billions of dollars of losses each year. Plant resistance is the most effective management tool, but it requires a close monitoring of population genetics. Current technologies for pathotyping and genotyping cyst nematodes are time-consuming, expensive and imprecise. In this study, we capitalized on the reproduction mode of cyst nematodes to develop a simple population genetic analysis pipeline based on genotyping-by-sequencing and Pool-Seq. This method yielded thousands of SNPs and allowed us to study the relationships between populations of different origins or pathotypes. Validation of the method on well-characterized populations also demonstrated that it was a powerful and accurate tool for population genetics. The genomewide allele frequencies of 23 populations of golden nematode, from nine countries and representing the five known pathotypes, were compared. A clear separation of the pathotypes and fine genetic relationships between and among global populations were obtained using this method. In addition to being powerful, this tool has proven to be very time- and cost-efficient and could be applied to other cyst nematode species

Custom scripts and softwares

A link where all the custom scripts and softwares used in this paper can be found

Supplemental Table 1

Population differentiation (Fst) of 23 worldwide populations of Globodera rostochiensis estimated from genome-wide allele frequencies at 604 loci

Input file for PHYLIP - 23 worldwide populations

Allele frequencies calculated from UNEAK exact counts (mnC=1, minCov=20 and MAF=0.01) and used for phylogenetic tree analysis of the 23 Globodera rostochiensis worldwide populations