Adaptive evolution of Moniliophthora PR-1 proteins towards its pathogenic lifestyle

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Vasconcelos, Adrielle A. ^[1] ; Jose, Juliana ^[1] ; Tokimatu, Paulo M. ^[1] ; Camargo, Antonio P. ^[1] ; Teixeira, Paulo J. P. L. ^[2] ; Thomazella, Daniela P. T. ^[1] ; do Prado, V, Paula F. ; Fiorin, Gabriel L. ^[3] ; Costa, Juliana L. ^[4] ; Figueira, Antonio ^[4] ; Carazzolle, Marcelo F. ^[3] ; Pereira, Goncalo A. G. ^[3] ; Baroni, Renata M. ^[3]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Estadual Campinas, Inst Biol, Dept Genet Evolucao Microbiol & Imunol, Campinas, SP - Brazil

^[2] Univ Sao Paulo, Dept Ciencias Biol, Escola Super Agr Luiz de Queiroz ESALQ, Piracicaba, SP - Brazil

^[3] do Prado, Paula F., V, Univ Estadual Campinas, Inst Biol, Dept Genet Evolucao Microbiol & Imunol, Campinas, SP - Brazil

^[4] Univ Sao Paulo, Ctr Energia Nucl Agr, Piracicaba, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: BMC ECOLOGY AND EVOLUTION; v. 21, n. 1 MAY 14 2021.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

Background Plant pathogenesis related-1 (PR-1) proteins belong to the CAP superfamily and have been characterized as markers of induced defense against pathogens. Moniliophthora perniciosa and Moniliophthora roreri are hemibiotrophic fungi that respectively cause the witches' broom disease and frosty pod rot in Theobroma cacao. Interestingly, a large number of plant PR-1-like genes are present in the genomes of both species and many are up-regulated during the biotrophic interaction. In this study, we investigated the evolution of PR-1 proteins from 22 genomes of Moniliophthora isolates and 16 other Agaricales species, performing genomic investigation, phylogenetic reconstruction, positive selection search and gene expression analysis. Results Phylogenetic analysis revealed conserved PR-1 genes (PR-1a, b, d, j), shared by many Agaricales saprotrophic species, that have diversified in new PR-1 genes putatively related to pathogenicity in Moniliophthora (PR-1f, g, h, i), as well as in recent specialization cases within M. perniciosa biotypes (PR-1c, k, l) and M. roreri (PR-1n). PR-1 families in Moniliophthora with higher evolutionary rates exhibit induced expression in the biotrophic interaction and positive selection clues, supporting the hypothesis that these proteins accumulated adaptive changes in response to host-pathogen arms race. Furthermore, although previous work showed that MpPR-1 can detoxify plant antifungal compounds in yeast, we found that in the presence of eugenol M. perniciosa differentially expresses only MpPR-1e, k, d, of which two are not linked to pathogenicity, suggesting that detoxification might not be the main function of most MpPR-1. Conclusions Based on analyses of genomic and expression data, we provided evidence that the evolution of PR-1 in Moniliophthora was adaptive and potentially related to the emergence of the parasitic lifestyle in this genus. Additionally, we also discuss how fungal PR-1 proteins could have adapted from basal conserved functions to possible roles in fungal pathogenesis. (AU)

• Processo FAPESP: 16/10498-4 - Investigação das estratégias de adaptação ao estilo de vida patogênico de fungos do gênero Moniliophthora em diferentes níveis de organização biológica: espécies, biótipos e linhagens geográficas
• Beneficiário: Antonio Vargas de Oliveira Figueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 18/04240-0 - Investigação metagenômica dos microbiomas de plantas adaptadas à limitação nutricional de fósforo
• Beneficiário: Antônio Pedro de Castello Branco da Rocha Camargo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 14/06181-0 - Estabelecimento de uma metodologia baseada no sistema CRISPR/Cas9 para manipulação genética do fungo Moniliophthora perniciosa, causador da vassoura de bruxa do cacaueiro
• Beneficiário: Gabriel Lorencini Fiorin
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 13/09878-9 - Caracterização funcional de uma quitinase do fungo Moniliophthora perniciosa com possível papel na patogenicidade sobre o cacaueiro durante a doença vassoura de bruxa
• Beneficiário: Gabriel Lorencini Fiorin
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais
• Beneficiário: Munir Salomao Skaf
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 17/13015-7 - Investigando as alterações transcricionais massais do patossistema Theobroma cacao x Moniliophthora perniciosa durante a progressão da Doença Vassoura-de-Bruxa do cacaueiro
• Beneficiário: Adrielle Ayumi de Vasconcelos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 14/00802-2 - Caracterização molecular dos mecanismos de resistência a estrobilurinas do fungo Moniliophthora perniciosa, agente causador da vassoura de bruxa do cacaueiro
• Beneficiário: Paula Favoretti Vital Do Prado
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Mestrado
• Processo FAPESP: 09/51018-1 - Construção de um atlas transcriptômico para o estudo da doença vassoura-de-bruxa do cacaueiro
• Beneficiário: Paulo José Pereira Lima Teixeira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 17/13319-6 - Identificação do ligante da proteína MpPR-1i e análise estrutural e funcional das MpPR-1s de Moniliophthora perniciosa in vitro
• Beneficiário: Renata Moro Baroni
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 13/05979-5 - Caracterização de mecanismos de resistência a estrobilurinas no fungo Moniliophthora perniciosa, agente causador da vassoura de bruxa do cacaueiro
• Beneficiário: Paula Favoretti Vital Do Prado
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 13/04309-6 - Análise funcional de genes de sinalização e defesa do cacaueiro na interação Moniliophthora perniciosa x Solanum lycopersicum
• Beneficiário: Juliana Leles Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 11/23315-1 - Caracterização funcional de uma quitinase do fungo Moniliophthora perniciosa com possível papel na patogenicidade sobre o cacaueiro durante a doença vassoura de bruxa
• Beneficiário: Gabriel Lorencini Fiorin
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica