Tales from a genome heavily affected by RIP: unraveling Tc1/mariner and MITE transposable elements in Colletotrichum lindemuthianum

Abstract

The Colletotrichum genus comprises fungal pathogens that inflict severe diseases on a wide range of hosts, including economically important plants. Colletotrichum lindemuthianum is the causative agent of anthracnose in common beans (Phaseolus vulgaris), leading to significant production and quality losses in this essential legume crop. Transposable elements are mobile genetic units found across all life domains that play a significant role in genomic plasticity, which is particularly relevant for phytopathogenic fungi such as C. lindemuthianum. These elements are classified into two distinct classes based on their transposition mode: Class I transposons rely on an RNA intermediate to transpose, while Class II transposons transpose directly as DNA. Additionally, transposons can be divided as autonomous and non- autonomous elements, with the latter depending on other transposable elements for their mobility due to the absence of essential functional components. The Tc1/mariner is a widely distributed Class II transposon superfamily. Miniature- inverted repeat elements (MITEs) are non-autonomous elements derived from Class II elements like the Tc1/mariner family. Considering the crucial role of transposons in generating genetic variability, this study aimed to identify and characterize Tc1/mariner and MITE transposable elements within the genome of C. lindemuthianum, using an in-silico approach. A total of 615 sequences related to Tc1/mariner elements were identified, which represented 0.78% of the genome. Among them, 536 copies were considered degenerated due to nearly unrecognizable terminal inverted repeats. Only one family of complete elements was found, and a derived MITE family was identified. Both the parental and derived families displayed a strong tendency to be found inserted within gene promoter regions. Moreover, two other MITE families were characterized, but the elements that originated them could not be identified. The elements from both families were primarily located within transposon-enriched regions. All complete elements showed putative transposase ORFs interrupted with multiple stop codons, suggesting that there are no active Tc1/mariner elements in C. lindemuthianum. Our analysis revealed that these elements were heavily affected by repeat-induced point mutations (RIP). Furthermore, we identified copies of both methyltransferases involved in RIP, which further supports that this mechanism or a RIP-like mechanism is active in C. lindemuthianum. The insights gained from this study contribute to a better understanding of the Tc1/mariner and MITE landscape as well as defense mechanisms against transposon proliferation of C. lindemuthianum, providing a foundation for further investigations into the genetic variability and transposable element exaptation of this economically important plant pathogen.

Keywords: Class II transposons. Non-autonomous transposons. Repetitive DNA. Genome defense.

O gênero Colletotrichum compreende patógenos fúngicos que causam doenças graves em uma ampla variedade de hospedeiros, incluindo plantas economicamente importantes. Colletotrichum lindemuthianum é o agente causador da antracnose no feijão comum (Phaseolus vulgaris), resultando em perdas significativas de produção e qualidade nas culturas dessa leguminosa. Elementos transponíveis são unidades genéticas móveis que desempenham um papel significativo na plasticidade genômica, o que é especialmente relevante para fungos fitopatogênicos como C. lindemuthianum. Esses elementos são classificados em duas classes distintas com base em seu modo de transposição: os transposons da Classe I dependem de um intermediário de RNA, enquanto os transposons da Classe II transpõem diretamente como DNA. Além disso, os transposons podem ser divididos em elementos autônomos e não autônomos, sendo que estes últimos dependem de outros elementos transponíveis para sua mobilidade devido à ausência de componentes funcionais essenciais. A Tc1/mariner é uma superfamília de transposons de Classe II amplamente distribuída. MITEs (do inglês: Miniature-Inverted Repeats) são elementos não autônomos derivados de elementos da Classe II, como a família Tc1/mariner. Considerando o papel crucial dos transposons na geração de variabilidade genética, este estudo teve como objetivo identificar e caracterizar elementos transponíveis Tc1/mariner e MITEs no genoma de C. lindemuthianum, utilizando uma abordagem in-silico. Um total de 615 elementos foi identificado, representando 0,78% do genoma. Dentre eles, 536 cópias foram consideradas degeneradas devido às repetições terminais invertidas irreconhecíveis. Apenas uma família de elementos completos foi encontrada, da qual uma família MITE derivada foi identificada. Ambas as famílias parental e derivada mostraram uma forte tendência de inserção nas regiões promotoras de genes. Além disso, outras duas famílias de MITE foram caracterizadas, mas não foi possível identificar os elementos que as originaram. Os elementos de ambas as famílias estavam principalmente localizados em regiões enriquecidas de transposons. Todos os elementos completos apresentaram ORFs de transposase putativas interrompidas por múltiplos códons de parada, sugerindo a ausência de elementos ativos Tc1/mariner em C. lindemuthianum. Nossa análise revelou que esses elementos foram fortemente afetados por mutações pontuais induzidas por repetição (RIP). Além disso, identificamos cópias de ambas as metiltransferases envolvidas no RIP, o que indicam ainda mais que esse mecanismo ou um mecanismo semelhante a RIP está ativo em C. lindemuthianum. Os resultados obtidos neste estudo contribuem para uma melhor compreensão da paisagem Tc1/mariner e MITE, bem como dos mecanismos de defesa contra a proliferação elementos transponíveis de C. lindemuthianum, fornecendo uma base para futuras investigações sobre a variabilidade genética e exaptação de elementos transponíveis deste fitopatógeno economicamente importante.

Palavras-chave: Transposons da Classe II. Transposons não-autônomos. DNA repetitivo. Defesa do genoma.