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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2021.tde-28052021-115408
Document
Author
Full name
Thaís Regina Boufleur
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2021
Supervisor
Committee
Júnior, Nelson Sidnei Massola (President)
Marcelino-Guimarães, Francismar Corrêa
Verdi, Maria Carolina Quecine
Title in English
Comparative genomics and transcriptomics analyses reveal genetic complexity of soybean anthracnose caused by Colletotrichum species
Keywords in English
Colletotrichum orchidearum
Colletotrichum truncatum
Glycine max
Effector
Plant defense
RNA sequencing
Abstract in English
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.
Title in Portuguese
Análises de genômica comparativa e transcriptômica revelam a complexidade genética da antracnose da soja causada por espécies de Colletotrichum
Keywords in Portuguese
Colletotrichum orchidearum
Colletotrichum truncatum
Glycine max
Defesa da planta
Efetor
Sequenciamento de RNA
Abstract in Portuguese
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.
 
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Release Date
2023-05-28
Publishing Date
2021-06-01
 
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