Evolutionary analysis of pathogenicity genes from Erwinia psidii infecting Eucalyptus spp.

Abstract

Erwinia psidii is a Gram-negative bacterium that threatens both guava and eucalypt production. Despite the importance of both trees to the Brazilian economy, little is known about the mechanisms underlying this bacterium pathogenicity. Thus, in this study we used bioinformatic approaches to determine the gene composition of the hrp/hrc cluster of E. psidii, which encodes for the Type III secretion system, a well-known apparatus for its importance to the pathogenicity of many plant pathogenic Gram-negative bacteria. Computational methods were also used to predict both type II and III effector protein repertoires of E. psidii. In addition, evolutionary analyses were performed for the candidate type III effector proteins, in order to gain a better understanding on how this bacterium pathogenicity system evolved over time. Here, we characterized and compared the gene composition of E. psidii hrp/hrc cluster with those of other Enterobacteriaceae, and predicted 11 type III effector proteins, two of which, DspA/E and Eop1, are known important effector proteins secreted by the closely related species E. amylovora. Interestingly, these two candidate type III effectors seem to have been acquired by E. psidii through horizontal gene transfer between Erwinia and Pantoea species. Also, we identified 47 candidate type II effector proteins, most of which were annotated as enzymes, with hydrolytic or non- hydrolytic activities. These results provide important knowledge for further in vivo analysis, through construction of mutant strains and functional characterization of the effector candidates during plant-bacteria interactions.

Erwinia psidii é uma bactéria Gram-negativa que ameça tanto a produção de goiaba quanto a de eucalipto. Apesar da importância de ambas as culturas para a economia brasileira, pouco se conhece sobre os mecanismos de patogenicidade desta bactéria. Sendo assim, neste estudo abordagens de bioinformática foram aplicadas para a determinação da composição gênica do cluster hrp/hrc de E. psidii, o qual codifica para o sistema de secreção de tipo III, bastante reconhecido por sua importância para a patogenicidade de muitas bactérias Gram-negativas fitopatogênicas. Utilizou-se métodos de bioinformática também para a predição do repertório de efetores, tanto do tipo II quanto do tipo III, de E. psidii. Adicionalmente, realizou-se análises evolutivas com base na sequência destes candidatos a efetores do tipo III, a fim de determinar como a patogenicidade desta espécie bacteriana evoluiu com o decorrer do tempo. Neste estudo, caracterizou-se a composição gênica do cluster hrp/hrc de E. psidii com base na comparação com o os genes hrp/hrc de outras bactérias pertencentes a família Enterobacteriaceae, bem como identificou-se 11 proteínas candidatas a efetoras do tipo III, dentre elas DspA/E e Eop1, duas importantes proteínas efetoras de E. amylovora, espécie filogeneticamente próxima a E. psidii. Curiosamente, estas duas proteínas candidatas a efetoras, parecem ter sido adquiridas por E. psidii através de transferência horizontal de genes entre espécies do gênero Erwinia e Pantoea. Adicionalmente, identificou- se 47 proteínas candidatas a efetoras do tipo II, sendo a maioria descrita com ação enzimática, tanto com atividade hidrolítica como não hidrolítica. Estes resultados fornecem relevante conhecimento para futuras análises in vivo, podendo estas serem baseadas na construção de estirpes mutantes e caracterização funcional destes candidatos a efetores durante a interação planta-bactéria.