Identification and Comparison of Colletotrichum Secreted Effector Candidates Reveal Two Independent Lineages Pathogenic to Soybean

Colletotrichum is one of the most important plant pathogenic genus of fungi due to its scientific and economic impact. A wide range of hosts can be infected by Colletotrichum spp., which causes losses in crops of major importance worldwide, such as soybean. Soybean anthracnose is mainly caused by C. truncatum, but other species have been identified at an increasing rate during the last decade, becoming one of the most important limiting factors to soybean production in several regions. To gain a better understanding of the evolutionary origin of soybean anthracnose, we compared the repertoire of effector candidates of four Colletotrichum species pathogenic to soybean and eight species not pathogenic. Our results show that the four species infecting soybean belong to two lineages and do not share any effector candidates. These results strongly suggest that two Colletotrichum lineages have acquired the capability to infect soybean independently. This study also provides, for each lineage, a set of candidate effectors encoding genes that may have important roles in pathogenicity towards soybean offering a new resource useful for further research on soybean anthracnose management

Análises de genômica comparativa e transcriptômica revelam a complexidade genética da antracnose da soja causada por espécies de Colletotrichum

Soybean (Glycine max) cultivation occupies around 6% of the world\'s arable land. Currently, there are more than 90 diseases that threaten soybean production, due to its global importance and multiple uses, as a source of human and animal feeds, may imply in food security. Among these diseases is soybean anthracnose, a disease of complex etiology which can be caused by several species of the genus Colletotrichum. The advent of next-generation sequencing technologies (NGS) allowed the high throughput sequencing of entire genomes and transcriptomes. Comparative genomic analyses are useful to reveal repertoires of effector candidates of important plant pathogens, potentially involved in plant infection; while the deep sequencing of transcriptomes of plant and pathogens during their interaction can allow the identification of important genes and pathways involved in plant defense. To gain insights into soybean anthracnose and its causal agents, we used a combined approach of biological experiments with NGS technologies. A revision of all public-available Colletotrichum ITS sequences associated with soybean revealed that more than 37% of those are assigned to the wrong species complex (s.c) level. We found at least 9 s.c. and one singleton species of Colletotrichum associated with soybean anthracnose worldwide, being the C. orchidearum s.c. and C. truncatum the most common and distributed. We reported for the first time that C. musicola, a member of the C. orchidearum s.c. was associated with soybean. Draft genomes of C. sojae, C. plurivorum and C. musicola were produced and compared with C. truncatum and eight additional Colletotrichum species not pathogenic to soybean. Comparative genomic analyses suggested that species belonging to the C. orchidearum s.c. and C. truncatum acquired the capability to infect soybean separately, due to the absence of secreted effector candidates (SECs) shared only among these four species. The transcriptomic sequencing of four different combinations of soybean/C. truncatum revealed that soybean defense against C. truncatum relies on the activation of several defense genes upon the recognition of the pathogen by the plant. Results revealed a higher modulation of the soybean transcriptome in more resistant interactions, when compared with more susceptible ones, independently of soybean cultivar and C. truncatum strain.O cultivo da soja (Glycine max) ocupa em torno de 6% da área plantada em escala mundial. Atualmente, mais de 90 doenças ameaçam a produção dessa cultura, que devido a sua importância global e múltiplos usos, como fonte de alimentação humana e animal, pode implicar na segurança alimentar. Dentre essas doenças está a antracnose, considerada uma doença de etiologia complexa, pois pode ser causada por diversas espécies do gênero Colletotrichum. Com o advento das tecnologias de sequenciamento de nova geração, o sequenciamento de genomas e transcriptomas se tornou possível. Análises de genômica comparativa podem ser utilizadas para revelar repertórios de candidatos a efetores de importantes patógenos de plantas; por outro lado, o sequenciamento completo dos transcriptomas de plantas e patógenos durante sua interação permite a identificação de genes e vias bioquímicas e metabólicas envolvidas na defesa das plantas contra doenças. Para aprofundar o conhecimento e as informações disponíveis sobre a antracnose da soja e seus agentes causais, foi utilizada uma abordagem combinada entre experimentos biológicas e tecnologias de sequenciamento de nova geração. A revisão de todas as sequencias ITS de Colletotrichum associadas a soja disponíveis, revelou que mais de 37% delas está associada ao complexo de espécies errado. Ao menos 9 complexos de espécies associados com antracnose da soja foram encontrados, sendo os complexos C. orchidearum e C. truncatum os mais numerosos e distribuídos no mundo todo. O primeiro relato de C. musicola, como agente causal da antracnose da soja foi registrado. Os genomas de C. sojae, C. plurivorum e C. musicola, três espécies pertencentes ao complexo C. orchidearum foram sequenciados e comparados ao genoma de C. truncatum e oito espécies de Colletotrichum não patogênicas a soja. Análises de genômica comparativa sugerem que as espécies pertencentes ao complexo C. orchidearum e C. truncatum adquiriram a capacidade de infectar soja separadamente, devido à ausência de genes candidatos a efetores secretados compartilhados somente entre as quatro espécies. O sequenciamento do transcriptoma de quatro combinações entre soja/C. truncatum com diferentes níveis de resistência a antracnose revelou que a defesa da soja contra C. truncatum depende da ativação de centenas de genes após o reconhecimento do patógeno pela planta. Os resultados do revelaram que em interações com maior nível de resistência, a porcentagem do transcriptoma da planta modulado é maior quando comparado a interações mais suscetíveis, independentemente da cultivar de soja ou do genótipo de C. truncatum

Histology of the interaction between Phytophthora capsici and pepper genotypes with different levels of resistance

O uso de plantas resistentes no controle da requeima causada por Phytophthora capsici L. atende à crescente demanda de uma agricultura sustentável e a preocupação com a saúde humana e com o ambiente. Um isolado de P. capsici foi utilizado a fim de comparar a interação em nível histológico, com o auxílio de microscopia de luz, entre esse patógeno e quatro genótipos de Capsicum annuum com diferentes níveis de resistência, sendo dois resistentes (AF2169 e AF2191), um moderadamente resistente (AF6529) e um suscetível (AF1418) para a melhor compreensão da forma de colonização e dos mecanismos de resistência encontrados na planta. A microscopia de luz permitiu uma visão geral sobre o desenvolvimento do patógeno e as respostas do hospedeiro após a inoculação com P. capsici. Em conclusão, nota-se que AF1418 e AF6529, ao final de 72 HAI, comportaram-se de forma semelhante à inoculação, enquanto os genótipos AF2169 e AF2191 apresentaram diferenças tanto quanto a forma de crescimento do patógeno quanto a respostas de defesa desenvolvidas pela planta. Em ambos os genótipos resistentes não houve o desenvolvimento de haustórios ou vesículas de infecção, apesar de ter ocorrido a colonização intracelular em AF2169. Mesmo não havendo o desenvolvimento de sintomas nos genótipos resistentes, nos cortes histológicos observados, aparentemente, os mecanismos de defesa desenvolvidos pelo AF2191 foram mais eficientes, uma vez que a planta conseguiu impedir a colonização intracelular do patógeno. Experimentos posteriores devem ser realizados para quantificar suberina, espécies reativas de oxigênio e compostos fenólicos, a fim de validar os resultados observados em microscopia de luz com os testes histoquímicos, além de verificar o papel desses compostos na defesa dos genótipos analisados.The use of resistant plants to control blight caused by Phytophthora capsici L. attend the growing demand for sustainable agriculture and concern for human health and the environment. A Phytophthora capsici isolate was used in order to compare the interaction at the histological level, with the aid of light microscopy, between this pathogen and four genotypes of Capsicum annuum with different levels of resistance, two resistant (AF2169 e AF2191), one moderately resistant (AF6529) and one susceptible (AF1418) for a better understanding of the mode of colonization and mechanisms of resistance found in the plant. Light microscopy allowed an overview of the development of the pathogen and host responses after inoculation with P. capsici. In conclusion, AF1418 and AF6529, at the end of 72 HAI, behaved similarly to inoculation. While the AF2169 and AF2191 genotypes showed differences as much as the form of growth of the pathogen as to defense responses developed by the plant. In both resistant genotypes there was no development of haustoria or infection vesicles, despite the occurrence of intracellular colonization in AF2169. Even without the development of symptoms in the resistant genotypes, in the observed histological sections, the defense mechanisms developed by AF2191 were apparently more efficient, since the plant was able to prevent the intracellular colonization of the pathogen. Subsequent experiments should be carried out to quantify suberin, reactive oxygen species and phenolic compounds in order to validate the results observed in light microscopy with the histochemical tests, as well as to verify the role of these compounds in the defense of the analyzed genotypes

Histology of the interaction between Phytophthora capsici and pepper genotypes with different levels of resistance

O uso de plantas resistentes no controle da requeima causada por Phytophthora capsici L. atende à crescente demanda de uma agricultura sustentável e a preocupação com a saúde humana e com o ambiente. Um isolado de P. capsici foi utilizado a fim de comparar a interação em nível histológico, com o auxílio de microscopia de luz, entre esse patógeno e quatro genótipos de Capsicum annuum com diferentes níveis de resistência, sendo dois resistentes (AF2169 e AF2191), um moderadamente resistente (AF6529) e um suscetível (AF1418) para a melhor compreensão da forma de colonização e dos mecanismos de resistência encontrados na planta. A microscopia de luz permitiu uma visão geral sobre o desenvolvimento do patógeno e as respostas do hospedeiro após a inoculação com P. capsici. Em conclusão, nota-se que AF1418 e AF6529, ao final de 72 HAI, comportaram-se de forma semelhante à inoculação, enquanto os genótipos AF2169 e AF2191 apresentaram diferenças tanto quanto a forma de crescimento do patógeno quanto a respostas de defesa desenvolvidas pela planta. Em ambos os genótipos resistentes não houve o desenvolvimento de haustórios ou vesículas de infecção, apesar de ter ocorrido a colonização intracelular em AF2169. Mesmo não havendo o desenvolvimento de sintomas nos genótipos resistentes, nos cortes histológicos observados, aparentemente, os mecanismos de defesa desenvolvidos pelo AF2191 foram mais eficientes, uma vez que a planta conseguiu impedir a colonização intracelular do patógeno. Experimentos posteriores devem ser realizados para quantificar suberina, espécies reativas de oxigênio e compostos fenólicos, a fim de validar os resultados observados em microscopia de luz com os testes histoquímicos, além de verificar o papel desses compostos na defesa dos genótipos analisados.The use of resistant plants to control blight caused by Phytophthora capsici L. attend the growing demand for sustainable agriculture and concern for human health and the environment. A Phytophthora capsici isolate was used in order to compare the interaction at the histological level, with the aid of light microscopy, between this pathogen and four genotypes of Capsicum annuum with different levels of resistance, two resistant (AF2169 e AF2191), one moderately resistant (AF6529) and one susceptible (AF1418) for a better understanding of the mode of colonization and mechanisms of resistance found in the plant. Light microscopy allowed an overview of the development of the pathogen and host responses after inoculation with P. capsici. In conclusion, AF1418 and AF6529, at the end of 72 HAI, behaved similarly to inoculation. While the AF2169 and AF2191 genotypes showed differences as much as the form of growth of the pathogen as to defense responses developed by the plant. In both resistant genotypes there was no development of haustoria or infection vesicles, despite the occurrence of intracellular colonization in AF2169. Even without the development of symptoms in the resistant genotypes, in the observed histological sections, the defense mechanisms developed by AF2191 were apparently more efficient, since the plant was able to prevent the intracellular colonization of the pathogen. Subsequent experiments should be carried out to quantify suberin, reactive oxygen species and phenolic compounds in order to validate the results observed in light microscopy with the histochemical tests, as well as to verify the role of these compounds in the defense of the analyzed genotypes

First Report of anthracnose caused by Colletotrichum truncatum on Digitaria insularis in Brazil

Bayesian inference phylogenetic tree reconstructed from the combined TUB2, GAPDH, HIS3, and ITS sequence alignment of Colletotrichum spp. strains. Colletotrichum truncatum strain (LFN DI01), isolated from Digitaria insularis, is emphasized in bold. Colletotrichum sydowii (CBS 135819) was used as outgroup. Thickened nodes represent Bayesian posterior probability (BPP) > 0.99; BPP ≤ 0.99 are shown at the nodes. The scale bar represents the number of expected changes per site. The species complexes are delimitad by the blue boxes and named on the right.</p