Functional Annotation of the Ophiostoma novo-ulmi Genome: Insights into the Phytopathogenicity of the Fungal Agent of Dutch Elm Disease

International audienceThe ascomycete fungus Ophiostoma novo-ulmi is responsible for the pandemic of Dutch elm disease that has been ravaging Europe and North America for 50 years. We proceeded to annotate the genome of the O. novo-ulmi strain H327 that was sequenced in 2012. The 31.784-Mb nuclear genome (50.1% GC) is organized into 8 chromosomes containing a total of 8,640 protein-coding genes that we validated with RNA sequencing analysis. Approximately 53% of these genes have their closest match to Grosmannia clavigera kw1407, followed by 36% in other close Sordariomycetes, 5% in other Pezizomycotina, and surprisingly few (5%) orphans. A relatively small portion (~3.4%) of the genome is occupied by repeat sequences; however, the mechanism of repeat-induced point mutation appears active in this genome. Approximately 76% of the proteins could be assigned functions using Gene Ontology analysis; we identified 311 carbohydrate-active enzymes, 48 cytochrome P450s, and 1,731 proteins potentially involved in pathogen– host interaction, along with 7 clusters of fungal secondary metabolites. Complementary mating-type locus sequencing, mating tests, and culturing in the presence of elm terpenes were conducted. Our analysis identified a specific genetic arsenal impacting the sexual and vegetative growth, phytopathogenicity, and signaling/plant–defense–degradation relationship between O. novo-ulmi and its elm host and insect vectors. Introduction During the last centuries, increased movements of people and goods across countries and continents have favored the emergence and global spread of plant pathogens, insect pests, and invasive weeds which have substantially altered the landscape of several parts of the world. One well-documented example is Dutch elm disease (DED), the most destructive disease of elms. It has been estimated that over 1 billion mature elms were killed by two successive pandemics since the early 1900s (Paoletti et al. 2005). The first pandemic, which prompted initial investigations by Dutch scientists shortly after the First World War (Holmes and Heybroek 1990), was caused by the ascomycete fungus Ophiostoma ulmi (Buisman) Nannf. As it spread relentlessly over Western Europe and, a few decade

Characterization of the caleosin gene family in the Triticeae

Background The caleosin genes encode proteins with a single conserved EF hand calcium-binding domain and comprise small gene families found in a wide range of plant species. Some members of the gene family have been shown to be upregulated by environmental stresses including low water availability and high salinity. Caleosin 3 from wheat has been shown to interact with the α-subunit of the heterotrimeric G proteins, and to act as a GTPase activating protein (GAP). This study characterizes the size and diversity of the gene family in wheat and related species and characterizes the differential tissue-specific expression of members of the gene family. Results A total of 34 gene family members that belong to eleven paralogous groups of caleosins were identified in the hexaploid bread wheat, T. aestivum. Each group was represented by three homeologous copies of the gene located on corresponding homeologous chromosomes, except the caleosin 10, which has four gene copies. Ten gene family members were identified in diploid barley, Hordeum vulgare, and in rye, Secale cereale, seven in Brachypodium distachyon, and six in rice, Oryza sativa. The analysis of gene expression was assayed in triticale and rye by RNA-Seq analysis of 454 sequence sets and members of the gene family were found to have diverse patterns of gene expression in the different tissues that were sampled in rye and in triticale, the hybrid hexaploid species derived from wheat and rye. Expression of the gene family in wheat and barley was also previously determined by microarray analysis, and changes in expression during development and in response to environmental stresses are presented. Conclusions The caleosin gene family had a greater degree of expansion in the Triticeae than in the other monocot species, Brachypodium and rice. The prior implication of one member of the gene family in the stress response and heterotrimeric G protein signaling, points to the potential importance of the caleosin gene family. The complexity of the family and differential expression in various tissues and under conditions of abiotic stress suggests the possibility that caleosin family members may play diverse roles in signaling and development that warrants further investigation

Wheat EST resources for functional genomics of abiotic stress

BACKGROUND: Wheat is an excellent species to study freezing tolerance and other abiotic stresses. However, the sequence of the wheat genome has not been completely characterized due to its complexity and large size. To circumvent this obstacle and identify genes involved in cold acclimation and associated stresses, a large scale EST sequencing approach was undertaken by the Functional Genomics of Abiotic Stress (FGAS) project. RESULTS: We generated 73,521 quality-filtered ESTs from eleven cDNA libraries constructed from wheat plants exposed to various abiotic stresses and at different developmental stages. In addition, 196,041 ESTs for which tracefiles were available from the National Science Foundation wheat EST sequencing program and DuPont were also quality-filtered and used in the analysis. Clustering of the combined ESTs with d2_cluster and TGICL yielded a few large clusters containing several thousand ESTs that were refractory to routine clustering techniques. To resolve this problem, the sequence proximity and "bridges" were identified by an e-value distance graph to manually break clusters into smaller groups. Assembly of the resolved ESTs generated a 75,488 unique sequence set (31,580 contigs and 43,908 singletons/singlets). Digital expression analyses indicated that the FGAS dataset is enriched in stress-regulated genes compared to the other public datasets. Over 43% of the unique sequence set was annotated and classified into functional categories according to Gene Ontology. CONCLUSION: We have annotated 29,556 different sequences, an almost 5-fold increase in annotated sequences compared to the available wheat public databases. Digital expression analysis combined with gene annotation helped in the identification of several pathways associated with abiotic stress. The genomic resources and knowledge developed by this project will contribute to a better understanding of the different mechanisms that govern stress tolerance in wheat and other cereals

Effets physiologiques de l'atrazine à doses sublétales sur Lemna minor L. méthode de purification des chloroplastes et caractérisation des constituants protéiques et lipidiques des membranes granaires et thylakoïdiennes

L'objectif principal de notre travail est de déterminer une relation entre les changements morphologiques observés chez les chloroplastes des plantes traitées par une dose sublétale d'atrazine (0,25 ppm) et la composition des membranes photosynthétiques en protéines, en lipides et en chlorophylles. Pour atteindre cet objectif, nous avons élaboré une méthode efficace de purification des chloroplastes et procédé à l'analyse systématique des principaux constituants membranaires. Les principales techniques que nous avons utilisées sont: les centrifugations, différentielles et sur gradient de densité, l'électrophorèse sur gel de polyacrylamide et la chromatographie sur couche mince et en phase gazeuse. Nous résumons les résultats et les principales conclusions; L'extraction et la purification des chloroplastes de la Lemna minor ont été réalisées dans un milieu d'homogénéisation simple; sans la nécessité de l'utilisation de sels et de polymères glucidiques. Chez les plantes témoins, les chloroplastes forment une population homogène de densité de 1,15 g/cm3 tandis que ceux des plantes traitées à 0,25 ppm d'atrazine se partagent en deux groupes de densité respectives de 1,20 g/cm3 et de 1,23 g/cm3. Notre procédure d'extraction et de purification des chloroplastes permet d'atteindre un degré de purification supérieur à ceux des autres méthodes courantes. Les chloroplastes des plantes traitées présentent un degré de pureté légèrement plus élevé que celui des chloroplastes des plantes témoins. Les observations en microscopie électronique révèlent que les membranes photosynthétiques des chloroplastes traités sont peu denses aux électrons. Au contraire, le stroma au voisinage des membranes est très osmiophilique. De plus, les grana des chloroplastes des plantes traitées résistent davantage à l’éclatement que ceux des chloroplastes des plantes témoins. Les galactolipides et les phospholipides des membranes photosynthétiques de la Lemna minor sont, en quantité, dans les mêmes proportions que celles d'autres espèces végétales, notamment l'épinard et le blé. La PE et la PS sont aussi présentes dans ces membranes photosynthétiques bien qu'elles n'aient pas été retrouvées chez les chloroplastes de l'épinard. L'atrazine à dose sublétale fait accroître la quantité absolue de tous les groupes de lipides. Les augmentations en galactolipides, PG et 16:1t confirment l'augmentation dans la quantité des membranes granaires et thylakoïdiennes observée chez les plantes traitées. L'atrazine favorise aussi une augmentation de l'insaturation de la majorité des groupes de lipides de ces membranes chlorophylliennes. Les membranes chloroplastiques de la Lemna minor se séparent par électrophorèse sur gel de polyacrylamide-SDS en sept sous unités dont les six premières sont constituées de protéines et de chlorophylles tandis que la dernière est formée de chlorophylles libres. Ces sept sous­unités sont révélées par la présence des chlorophylles. Les chlorophylles se retrouvent principalement dans les fractions CPl, LHCP3 et LHCP1. L'atrazine semble perturber davantage le contenu en chlorophylles des membranes photosynthétiques que celui des protéines. Elle provoque une accumulation des chlorophylles dans les sous-unités LHCP3 et CL. De plus, nous avons observé trois nouvelles fractions protéiques révélées par le bleu de Coomassie. Celles-ci ne seraient pas associées à l'une ou l'autre des sept sous-unités. En conclusion, nous avons mis au point une méthode très satisfaisante d'extraction et de purification des chloroplastes des L. miner traitées ou non par l'atrazine. L'analyse des principaux constituants membranaires a révélé des augmentations dans la masse du DGG, du DDG, du PG, de la PC, de la PE et du 16:1t du PG. De même une augmentation des chlorophylles dans LHCP3 et CL et leur diminution dans CP1, CPa, LHCP1 et LHCP2 ont été identifiées. Finalement nous avons observé chez les chloroplastes des plantes traitées l'apparition de grains d'amidon et une plus faible densité aux électrons de leurs membranes photosynthétiques. Tous les résultats de cette étude suggèrent fortement que la nouvelle organisation des grana et l'augmentation de la densité des chloroplastes intacts des plantes traitées par une dose de 0,25 ppm d'atrazine proviennent des modifications mentionnées ci-haut

Effets physiologiques de l'atrazine à doses sublétales sur Lemna minor L. méthode de purification des chloroplastes et caractérisation des constituants protéiques et lipidiques des membranes granaires et thylakoïdiennes

L'objectif principal de notre travail est de déterminer une relation entre les changements morphologiques observés chez les chloroplastes des plantes traitées par une dose sublétale d'atrazine (0,25 ppm) et la composition des membranes photosynthétiques en protéines, en lipides et en chlorophylles. Pour atteindre cet objectif, nous avons élaboré une méthode efficace de purification des chloroplastes et procédé à l'analyse systématique des principaux constituants membranaires. Les principales techniques que nous avons utilisées sont: les centrifugations, différentielles et sur gradient de densité, l'électrophorèse sur gel de polyacrylamide et la chromatographie sur couche mince et en phase gazeuse. Nous résumons les résultats et les principales conclusions; L'extraction et la purification des chloroplastes de la Lemna minor ont été réalisées dans un milieu d'homogénéisation simple; sans la nécessité de l'utilisation de sels et de polymères glucidiques. Chez les plantes témoins, les chloroplastes forment une population homogène de densité de 1,15 g/cm3 tandis que ceux des plantes traitées à 0,25 ppm d'atrazine se partagent en deux groupes de densité respectives de 1,20 g/cm3 et de 1,23 g/cm3. Notre procédure d'extraction et de purification des chloroplastes permet d'atteindre un degré de purification supérieur à ceux des autres méthodes courantes. Les chloroplastes des plantes traitées présentent un degré de pureté légèrement plus élevé que celui des chloroplastes des plantes témoins. Les observations en microscopie électronique révèlent que les membranes photosynthétiques des chloroplastes traités sont peu denses aux électrons. Au contraire, le stroma au voisinage des membranes est très osmiophilique. De plus, les grana des chloroplastes des plantes traitées résistent davantage à l’éclatement que ceux des chloroplastes des plantes témoins. Les galactolipides et les phospholipides des membranes photosynthétiques de la Lemna minor sont, en quantité, dans les mêmes proportions que celles d'autres espèces végétales, notamment l'épinard et le blé. La PE et la PS sont aussi présentes dans ces membranes photosynthétiques bien qu'elles n'aient pas été retrouvées chez les chloroplastes de l'épinard. L'atrazine à dose sublétale fait accroître la quantité absolue de tous les groupes de lipides. Les augmentations en galactolipides, PG et 16:1t confirment l'augmentation dans la quantité des membranes granaires et thylakoïdiennes observée chez les plantes traitées. L'atrazine favorise aussi une augmentation de l'insaturation de la majorité des groupes de lipides de ces membranes chlorophylliennes. Les membranes chloroplastiques de la Lemna minor se séparent par électrophorèse sur gel de polyacrylamide-SDS en sept sous unités dont les six premières sont constituées de protéines et de chlorophylles tandis que la dernière est formée de chlorophylles libres. Ces sept sous­unités sont révélées par la présence des chlorophylles. Les chlorophylles se retrouvent principalement dans les fractions CPl, LHCP3 et LHCP1. L'atrazine semble perturber davantage le contenu en chlorophylles des membranes photosynthétiques que celui des protéines. Elle provoque une accumulation des chlorophylles dans les sous-unités LHCP3 et CL. De plus, nous avons observé trois nouvelles fractions protéiques révélées par le bleu de Coomassie. Celles-ci ne seraient pas associées à l'une ou l'autre des sept sous-unités. En conclusion, nous avons mis au point une méthode très satisfaisante d'extraction et de purification des chloroplastes des L. miner traitées ou non par l'atrazine. L'analyse des principaux constituants membranaires a révélé des augmentations dans la masse du DGG, du DDG, du PG, de la PC, de la PE et du 16:1t du PG. De même une augmentation des chlorophylles dans LHCP3 et CL et leur diminution dans CP1, CPa, LHCP1 et LHCP2 ont été identifiées. Finalement nous avons observé chez les chloroplastes des plantes traitées l'apparition de grains d'amidon et une plus faible densité aux électrons de leurs membranes photosynthétiques. Tous les résultats de cette étude suggèrent fortement que la nouvelle organisation des grana et l'augmentation de la densité des chloroplastes intacts des plantes traitées par une dose de 0,25 ppm d'atrazine proviennent des modifications mentionnées ci-haut

Nécrologie

Laroche Emmanuel, Parrot André. Nécrologie. In: Syria. Tome 49 fascicule 1-2, 1972. pp. 275-280