Genomic and transcriptomic analyses of Austropuccinia psidii and Ceratocystis fimbriata, the causal agents of myrtle rust and ceratocystis wilt, respectively

Abstract

Austropuccinia psidii and Ceratocystis fimbriata complex, the causal agents of Myrtle rust and Ceratocystis wilt, respectively, have been considered important fungal pathogens especially due to their wide and expanding host range across the world. Whole genome sequencing and RNA- Seq are powerful tools that provide information about pathogens biology, plasticity, evolution, and pathogenicity, which are crucial to a better understanding of host-pathogen interactions. Therefore, in chapter 1 of this Thesis, we present a high-quality assembly and annotation of the haploid nuclear genome and de novo transcriptome of A. psidii epitype guava (Psidium guajava) isolate, which is so far the largest genome among Pucciniales rust fungi. Additionally, in chapter 2, we evaluated the gene expression profile of two contrasting Eucalyptus grandis genotypes in resistance level to rust (A. psidii) and found a constitutive overexpression of several resistance-related genes in the resistant genotype compared to the susceptible one. In chapter 3, we present de novo genome assembly and annotation for the nuclear genome of 21 fungal pathogens of the C. fimbriata complex from different host species and geographic region. Comparative genomic analysis revealed that independently on host and geographic location, the majority of genome features showed a high level of similarity among all Ceratocystis isolates. Moreover, in order to understand the molecular mechanisms related to C. fimbriata pathogenicity on Eucalyptus spp., in chapter 4, we evaluated the first transcriptome of C. fimbriata LPF1912 isolate during its infection on 16 eucalyptus genotypes. Through comparative genomic analysis with C. eucalypticola and Calonectria pseudoreteaudii, which also infect eucalyptus, we identified different pathogenicity-related genes among the three eucalyptus pathogens. Finally, our genomic and transcriptomic dataset analyses provide a valuable framework for future studies leading to a better comprehension of the biology, plasticity, evolution, and pathogenicity of A. psidii and C. fimbriata complex. Keywords: Puccinia psidii. Comparative genomic analysis. Differentially expressed genes. RNA-Seq. OrthoMCL analysis. Plant resistance.

Austropuccinia psidii e Ceratocystis fimbriata, agentes causais da ferrugem das Myrtaceae e murcha de Ceratocystis, respectivamente, tem sido considerados como importantes fitopatógenos principalmente devido a sua ampla e crescente gama de hospedeiros ao redor do mundo. Sequenciamento de genoma completo e RNA-Seq são ferramentas importantes, as quais geram informações sobre a biologia, plasticidade e virulência de patógenos, as quais são fundamentais para uma melhor compreensão das interações patógeno-hospedeiro. Nesse sentido, no capítulo 1 desta Tese, apresentamos uma montagem de novo e anotação de alta qualidade para o genoma nuclear haplóide de A. psidii isolado de goiabeira (Psidium guajava), o qual é ate o momento o maior genoma conhecido dentre os fungos Pucciniales causadores de ferrugem. No capítulo 2, avaliamos o perfil de expressão gênica de dois clones de Eucalyptus grandis contrastantes em relação ao nível de resistência a ferrugem (A. psidii) e observamos uma superexpressão constitutiva de genes relacionados a resistência no genótipo resistente comparado ao suscetível. Adicionalmente, no capítulo 3, apresentamos uma montagem de novo e anotação do genoma nuclear de 21 patógenos do complexo C. fimbriata, oriundos de diferentes espécies hospedeiras e regiões geográficas. Análises em genômica comparativa revelaram que independente do hospedeiro ou região, a maioria das características do genoma tiveram alto grau de semelhança dentre os 21 patógenos. Além disso, na busca de um melhor entendimento dos mecanismos moleculares relacionados a patogenicidade de C. fimbriata em Eucalyptus spp., no capítulo 4, avaliamos o primeiro transcriptoma de C. fimbriata LPF1912 durante sua infecção em 16 clones de eucalipto. Por meio de genômica comparativa com C. eucalypticola and Calonectria pseudoreteaudii, os quais também são patogênicos ao eucalipto, observamos diferente genes relacionados à patogenicidade entre esses três patógenos de eucalipto. Os dados apresentados neste estudo irão servir de base para estudos futuros levando a uma melhor compreensão da biologia, plasticidade, evolução e patogenicidade de A. psidii and C. fimbriata. Palavras-chave: Puccinia psidii. Genômica comparativa. Genes diferencialmente expressos. RNA-Seq. OrthoMCL análises. Resistência.