Une analyse comparative révèle la variabilité du contenu génomique de la rouille du blé et la divergence du locus associé au type sexuel

Citation

Cuomo, C. A., G. Bakkeren, H. B. Khalil, V. Panwar, D. Joly, R. Linning, S. Sakthikumar, X. Song, X. Adiconis, L. Fan, J. M. Goldberg, J. Z. Levin, S. Young, Q. Zeng, Y. Anikster, M. Bruce, M. Wang, C. Yin, B. McCallum, L. J. Szabo, S. Hulbert, X. Chen and J. P. Fellers. 2017. Comparative analysis highlights variable genome content of wheat rusts and divergence of the mating loci. G3: Genes|Genomes|Genetics 7(2): 361-376

Résumé en langage clair

Trois membres du genre Puccinia, soit le Puccinia triticina (Pt), le P. striiformis f.sp. tritici (Pst) et le P. graminis f.sp. tritici (Pgt), sont les agents des maladies foliaires les plus communes et souvent les plus graves touchant le blé. Ils causent respectivement la rouille des feuilles, la rouille jaune et la rouille des tiges. La biologie et le cycle vital de ces espèces sont semblables, mais chaque espèce présente des adaptations et des caractères de spécialisation qui lui sont propres. Nous avons séquencé les génomes de Pt et de Pst puis les avons comparés par des analyses informatiques à celui de Pgt, en vue de définir les éléments communs et divergents du contenu génique. Nos résultats montrent les génomes sont très variables et comportent de nombreux éléments répétitifs et transposables qui pourraient expliquer les taux de mutation intrinsèque élevés leur permettant fréquemment de vaincre les nouveaux gènes de résistance du blé. Nous avons trouvé chez le Pt 1 358 effecteurs prédits (petites protéines que les agents pathogènes sécrètent pour surmonter les défenses de l’hôte), dont 784 sont exprimés au cours de divers stades du cycle vital, y compris au stade sexué. La compréhension de la façon dont ces effecteurs manipulent la réaction de défense de l’hôte pourrait nous permettre de trouver de nouvelles façons de combattre ces maladies. De plus, nous avons trouvé des gènes qui sont probablement responsables de la reproduction sexuée et qui semblent également jouer un rôle dans le processus d’infection. Ces gènes peuvent également constituer des cibles pour des approches nouvelles de lutte contre la rouille du blé.

Résumé

� 2017 Cuomo et al. Trois membres du genre Puccinia, soit le Puccinia triticina (Pt), le P. striiformis f.sp. tritici (Pst) et le P. graminis f.sp. tritici (Pgt), sont les agents des maladies foliaires les plus communes et souvent les plus graves touchant le blé. La biologie et le cycle vital de ces espèces sont semblables, mais chaque espèce présente des adaptation et des caractères de spécialisation qui lui sont propres. Nous avons séquencé les génomes de Pt et de Pst puis les avons comparés à celui de Pgt, en vue de définir les éléments communs et divergents du contenu génique, de déterminer la variation génique entre les agents de la rouille du blé, d’autres champignons causant la rouille et des basidiomycètes et d’établir les gènes jouant un rôle dans l’infection. Le Pt possédait le génome le plus volumineux des trois espèces, celui-ci étant estimé à 135 Mb avec une expansion associée à des éléments mobiles et des répétitions représentant 50,9 % des contigs; en comparaison, les répétitions occupaient 31,5 % dans le cas du Pst, et 36,5 % dans celui du Pgt. Nous avons constaté que les trois génomes présentaient une forte hétérozygotie; le degré d’hétérozygotie du Pst (5,97 polymorphismes d’un seul nucléotide [SNP]/kb) était près de deux fois aussi élevé que celui détecté chez le Pt (2,57 SNP/kb) et celui précédemment signalé pour le Pgt. Parmi les 1 358 effecteurs prédits du Pt, 784 étaient exprimés au cours de divers stades du cycle vital, y compris au stade sexué. Une comparaison avec d’autres espèces de champignon apparentées a fait ressortir l’expansion des familles de gènes jouant un rôle dans la régulation transcriptionnelle et la liaison aux nucléotides, la modification des protéines et la dégradation enzymatique des glucides. Nous avons identifié deux paires d’allèles d’un gène à homéodomaine, HD1 et HD2, chez chaque espèce dicaryotique du genre Puccinia ainsi que trois gènes déterminant le type sexuel codant des récepteurs des phéromones (STE3), dont deux représentent probablement des spécificités alléliques. Les protéines HD étaient actives dans le cadre d’une épreuve de reproduction portant sur une espèce hétérologue, l’Ustilago maydis, et le silençage génique induit par l’hôte (HIGS) des allèles HD et STE3 réduisait l’infection chez le blé hôte.