Evolutionary history of the necrosis- and ethylene-inducing like protein superfamily across the Dothideomycetes (Ascomycota)

Abstract

Necrosis- and Ethylene-inducing peptide 1-like proteins (NLPs) form a broadly distributed superfamily involded in the early phases of plant infection and may trigger host immune responses. The majority of NLPs acts as cytotoxic proteins, inducing cell- death in eudicot plants. Dothideomycetes is a large and diverse class within the phylum Ascomycota. Corynespora cassiicola (Pleosporales) is a widespread, polyphagous plant-pathogen that causes leaf diseases on many crops. We used comparative genomic approaches and molecular phylogenetic analyses to investigate the evolutionary history of NLP across the Dothideomycetes and within C. cassiicola. Initially, we described two genomes: C. cassiicola CC_29 and C. olivacea CBS 114450. We showed that the two genome annotations differed greatly. A robust phylogenomics indicated the non-monophyly for the genus Corynespora and we suggested that the classification of C. olivacea into that genus should be revised. Subsequently, we investigate the evolution of NLPs across the Dothideomycetes. We accessed genomic resources from 33 species (five orders) with different lifestyles. The imbalanced phylogenies of NLPs suggested NLP subfamilies underwent independent evolutionary paths in the Dothideomycetes, each of which showing different signatures of ancient gene duplications and biased successive gene losses that may be associated with changes in cytotoxic activity. Subsequently, we accessed genomic resources from 44 isolates of C. cassiicola and the expression profiles of NLP- encoding genes of C. cassiicola CC_29 at the early hours of host colonization. Three NLP effector-encoding genes were maintained in the genomes of C. cassiicola and have evolved under different selective constraints. Despite highly divergent, NLP effectors maintained conserved the residues necessary to trigger plant immune responses. Nevertheless, gene expression profiles suggested that only one NLP effector gene is highly expressed at the early hours of soybean colonization by C. cassiicola. Keywords: Effector. Evolution. Phylogenomics. Comparative genomics. Corynespora cassiicola.

Proteínas indutoras de necrose e etileno (NLPs) formam uma superfamília amplamente distribuída e estão envolvidas nas fases iniciais da infecção de plantas, podendo desencadear respostas imunes do hospedeiro. A maioria das NLPs possui atividade citotóxica que induz a morte celular em eudicotiledôneas. Dothideomycetes constituem uma grande e diversa classe dentro do filo Ascomycota. Corynespora cassiicola (Pleosporales) é um fitopatógeno polífago, que causa doenças em diversas culturas. Nós utilizamos abordagens de genômica comparativa e análises de filogenia molecular para investigar a história evolutiva das NLPs nos Dothideomycetes e em C. cassiicola. Inicialmente, descrevemos dois genomas: C. cassiicola CC_29 e C. olivacea CBS 114450. Nós mostramos que anotações para os dois genomas diferiram e nossa filogenômica indicou que Corynespora não é um gênero monofilético e sugerimos que a classificação de C. olivacea neste gênero seja revisada. Nós investigamos a evolução das NLPs entre os Dothideomycetes. Nós acessamos os recursos genômicos de 33 espécies (cinco ordens) com diferentes estilos de vida. As filogenias desbalanceadas das NLPs sugeriram caminhos evolutivos independentes para suas subfamílias dentro dos Dothideomycetes, cada uma com diferentes assinaturas de antigas duplicações gênicas e sucessivas perdas tendenciosas de genes que podem estar associadas à atividade citotóxica. Posteriormente, acessamos os recursos genômicos de 44 isolados de C. cassiicola e os perfis de expressão gênica dos genes NLP de C. cassiicola CC_29 nas primeiras horas de colonização do hospedeiro. Três genes que codificam efetores NLP foram mantidos em C. cassiicola e evoluíram sob diferentes restrições seletivas. Apesar de altamente divergentes, os efetores NLP de C. cassiicola mantiveram conservados os resíduos necessários para desencadear as respostas imunes das plantas. No entanto, os perfis de expressão gênica indicaram que apenas um gene efetor NLP é altamente expresso nas primeiras horas de colonização de soja por C. cassiicola CC_29. Palavras-chave: Efetores. Evolução. Filogenômica. Genômica comparativa. Corynespora cassiicola.