Новый инсерционный элемент в гене гриба Pyrenophora tritici-repentis

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Аскомицетный гриб Pyrenophora tritici-repentis является возбудителем желтой пятнистости листьев пшеницы. Среди некротрофных эффекторов, которые продуцирует гриб, наиболее изучен некроз-индуцирующий белковый токсин Ptr ToxА, кодируемый геном ToxА. Ранее нами были выявлены десять штаммов P. tritici-repentis из Казахстана и России с геном ToxA, амплифицированный фрагмент которого со специфичными для ToxА праймерами оказался большего размера, чем ожидалось. Секвенирование последовательности этого фрагмента у трех штаммов гриба выявило присутствие инсерционного элемента PtrHp2 размером 170 пн, локализованного в экзоне 2 гена ToxА. Последовательность PtrHp2 включает три пары взаимно комплементарных участков длиной 16, 8 и 6 пн, формирующих вторичную структуру типа «шпильки». Установлена неспособность штаммов P. tritici-repentis, обладающих инсерцией в гене ToxA, вызывать некроз на листьях сорта Glenlea, дифференцирующего наличие Ptr ToxA в штаммах патогена, что свидетельствует о нарушении экспрессии мутантного гена ToxA. Тем не менее мутантный ген ToxA, содержащий PtrHp2, сохраняется в 45% конидиального потомства гриба. Гомологичные инсерционному элементу PtrHp2 последовательности встречаются в некодирующих частях гена ToxB и его гомологов у штаммов P. tritici-repentis, а также в геномах грибов других видов, что свидетельствует о его транспозонной природе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Мироненко

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Автор, ответственный за переписку.
Email: nina2601mir@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, Пушкин, 196608

А. С. Орина

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Email: nina2601mir@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, Пушкин, 196608

Н. М. Коваленко

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений

Email: nina2601mir@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург, Пушкин, 196608

Список литературы

  1. Rees R.G., Platz G.J., Mayer R.J. Yield losses in wheat from yellow spot: Comparison of estimates derived from single tillers and plots // Aust. J. Agric. Res. 1982. V. 33. P. 899–908. https://doi.org/10.1071/AR9820899
  2. Bhathal J., Loughman R., Speijers J. Yield reduction in wheat in relation to leaf disease from yellow (tan) spot and Septoria nodorum blotch // Eur. J. Plant Pathol. 2003. V. 109. P. 435–443. https://doi.org/10.1023/A:1024277420773
  3. Adhikari T.B., Bai J., Meinhardt S.W. et al. Tsn1-mediated host responses to ToxA from Pyrenophora tritici-repentis // Mol. Plant Microbe Interact. 2009. V. 22. № 9. P. 1056–1068. https://doi.org/10.1094/MPMI-22-9-1056
  4. Tan K.C., Ferguson-Hunt M., Rybak K. et al. Quantitative variation in effector activity of ToxA isoforms from Stagonospora nodorum and Pyrenophora tritici-repentis // Mol. Plant Microbe Interact. 2012. V. 25. P. 515–522. https://doi.org/10.1094/MPMI-10-11-0273
  5. Friesen T.L., Stukenbrock E.H., Liu Z. et al. Emergence of a new disease as a result of interspecific virulence gene transfer // Nat. Genet. 2006. V. 38. P. 953–956. https://doi.org/10.1038/ng1839
  6. Faris J.D., Liu Z., Xu S.S. Genetics of tan spot resistance in wheat // Theor. Appl. Genet. 2013. V. 126. P. 2197–2217. https://doi.org/10.1007/s00122-013-2157-y
  7. Stukenbrock E.H., McDonald B.A. Geographical variation and positive diversifying selection in the host specific toxin Sn ToxA // Mol. Plant Pathol. 2007. V. 8. P. 321–332. https://doi.org/10.1111/j.1364-3703.2007.00396.x
  8. Мироненко Н.В., Баранова О.А., Коваленко Н.М., Михайлова Л.А. Частота гена ToxA в популяциях Pyrenophora tritici-repentis на Северном Кавказе и северо-западе России // Микология и фитопатология. 2015. Т. 49. № 5. С. 325–329.
  9. Aboukhaddour R., Hafez M., McDonald M. et al. A revised nomenclature for ToxA haplotypes across multiple fungal species // Phytopathology. 2023. V. 113. № 7. P. 1180–1184. https://doi.org/10.1094/PHYTO-01-23-0017-SC
  10. Hafez M., Despins T., Nakajima K., Aboukhaddour R. Identification of a novel ToxA haplotype of Pyrenophora tritici-repentis from Japan // Phytopathology. 2022. V. 112. P. 1597–1602. https://doi.org/10.1094/PHYTO-01-22-0001-SC
  11. Мироненко Н.В., Баранова О.А., Коваленко Н.М. Характеристика географически отдаленных популяций Pyrenophora tritici-repentis по вирулентности и генам токсинообразования ToxA и ToxB // Вестн. защиты растений. 2019. № 1. С. 24–29. https://doi.org/10.31993/2308-6459-2019-1(99)-24-29
  12. Мироненко Н.В., Орина А.С., Коваленко Н.М., Зубко Н.Г. Расовый состав и изменчивость гена ToxA в географически отдаленных популяциях Pyrenophora tritici-repentis // Микология и фитопатология. 2024. Т. 58. № 3. С. 246–253. https://doi.org/10.31857/S0026364824030064
  13. Михайлова Л.А., Гультяева Е.И., Кокорина Н.М. Лабораторные методы культивирования возбудителя желтой пятнистости пшеницы Pyrenophora tritici-repentis // Микология и фитопатология. 2002. Т. 36. № 1. С. 63–67.
  14. Murray H.G., Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight DNA // Nucl. Acids Res. 1980. V. 8. P. 4321–4325. https://doi.org/10.1093/nar/8.19.4321
  15. Andrie R.M., Pandelova I., Ciuffetti L.M. A combination of phenotypic and genotypic characterization strengthens Pyrenophora tritici-repentis race identification // Phytopathology. 2007. V. 97. P. 694–701. https://doi.org/10.1094/PHYTO-97-6-0694
  16. Boom R., Sol C.J., Salimans M.M. et al. Rapid and simple method for purification of nucleic acids // J. Clin. Microbiol. 1990. V. 28. P. 495–503. https://doi.org/10.1128/jcm.28.3.495-503.1990
  17. Waterhouse A.M., Procter J.B., Martin D.M.A. et al. Jalview Version 2 – a multiple sequence alignment editor and analysis workbench // Bioinformatic. 2009. V. 25. P. 1189–1191. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp033
  18. Reuter J.S., Mathews D.H. RNAstructure: Software for RNA secondary structure prediction and analysis // BMC Bioinformatic. 2010. V. 11. https://doi.org/10.1186/1471-2105-11-129
  19. Lamari L., Gilbert J., Tekauz A. Race differentiation in Pyrenophora tritici-repentis and survey of physiologic variation in western Canada // Can. J. Plant Pathol. 1998. V. 20. P. 396–400. https://doi.org/10.1080/07060669809500410
  20. Lamari L., Strelkov S.E. The wheat – Pyrenophora tritici-repentis interaction: Progress towards an understanding of tan spot disease // Can. J. Plant Pathol. 2010. V. 32. P. 4–10. https://doi.org/10.1080/07060661003594117
  21. Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Популяции Pyrenophora tritici-repentis на Северном Кавказе и Северо-Западе России: расовый состав и динамика вирулентности // Микология и фитопатология. 2014. Т. 48. Вып. 6. С. 393–400.
  22. Афанасенко О.С., Новожилов К.В. Проблемы рационального использования генетических ресурсов устойчивости растений к болезням // Экол. генетика. 2009. Т. 7. № 2. С. 38–42. https://doi. Org/10.17816/ecogen7238-43
  23. Lepoint P., Renard M.E., Legreve A. et al. Genetic diversity of the mating type and toxin production genes in Pyrenophora tritici-repentis // Phytopathology. 2010. V. 100. P. 474–483. https://doi.org/10.1094/PHYTO-100-5-0474
  24. Moolhuijzen P.M., See P.T., Oliver R.P., Moffat C.S. Genomic distribution of a novel Pyrenophora tritici-repentis ToxA insertion element // PLoS One. 2018. V. 13. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0206586
  25. Chang S.S., Zhang Z., Liu Y. RNA interference pathways in fungi: mechanisms and functions // Annu. Rev. Microbiol. 2012. V. 66. P. 305–323. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-092611-150138
  26. Martinez J.P., Oesch N.W., Ciuffetti L.M. Characterization of the multiple-copy host-selective toxin gene, ToxB, in pathogenic and nonpathogenic isolates of Pyrenophora tritici-repentis // Mol. Plant-Microbe Interact. 2004. V. 17. P. 467–474. https://doi.org/10.1094/MPMI.2004.17.5.467.
  27. Wyatt N.A., Friesen T.L. Four reference quality genome assemblies of Pyrenophora teres f. maculata: A resource for studying the barley spot form net blotch interaction // Mol. Plant Microbe Interact. 2021. V. 34. P. 135–139. https://doi.org/10.1094/MPMI-08-20-0228-A
  28. McDonald M.C., Taranto A.P., Hill E. et al. Transposon-mediated horizontal transfer of the host-specific virulence protein ToxA between three fungal wheat pathogens // mBio. 2019. V. 10. https://doi.org/10.1128/mBio.01515-19
  29. Gourlie R., McDonald M., Hafez M. et al. The pangenome of the wheat pathogen Pyrenophora tritici-repentis reveals novel transposons associated with necrotrophic effectors ToxA and ToxB // BMC Biol. 2022. V. 20. Art. 239. https://doi.org/10.1186/s12915-022-01433-w
  30. Gluck-Thaler E., Vogan A.A., Branco S. Giant mobile elements: Agents of multivariate phenotypic evolution in fungi // Cur. Biol. 2022. V. 32. № 5. P. R234–R236. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.01.020
  31. Urquhart A.S., Vogan A.A., Gardiner D.M., Idnurm A. Starships are active eukaryotic transposable elements mobilized by a new family of tyrosine recombinases // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2023. V. 120. https://doi.org/10.1073/pnas.2214521120
  32. Мироненко Н.В., Орина А.С., Коваленко Н.М. Генетический полиморфизм ядер штаммов Pyrenophora tritici-repentis по генам-эффекторам ToxA и ToxB // Генетика. 2021. T. 57. № 5. C. 528–535. https://doi.org/10.31857/S0016675821040093 (Mironenko N.V., Orina A.S., Kovalenko N.M. Nuclear genetic polymorphism in Pyrenophora tritici-repentic strains for ToxA and ToxB effector genes // Rus. J. Genetics. 2021. V. 57. P. 533–539. https://doi.org/10.1134/S1022795421040098)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электрофорез продуктов амплификации фрагмента гена ToxA штаммов P. tritici-repentis со специфичными праймерами. М – маркер длин фрагментов GeneRuler 100 bp; 1, 2 – негативный контроль; 3 – штамм Каз20-С-12; 4 – Каз22-C-А-53, 7 – Каз22-C-А-64, 5, 6 и 8 – штаммы P. tritici-repentis из популяции Каз22-С.

Скачать (95KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Выравнивание нуклеотидных последовательностей фрагмента гена ToxA изученных и референсных штаммов P. tritici-repentis. Красным выделен инсерционный элемент PtrHp2 размером 170 пн, черным выделен повторяющийся мотив из 8 пн.

Скачать (388KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вторичная структура инсерционного элемента PtrHp2 в гене ToxA гриба P. tritici-repentis.

Скачать (105KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024