Genome, transcriptome, and methylome in the conifer pathogen Heterobasidion parviporum

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta fi
dc.contributor Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry en
dc.contributor Uusiutuvien luonnonvarojen kestävän käytön tohtoriohjelma fi
dc.contributor Doktorandprogrammet i hållbart utnyttjande av förnybara naturresurser sv
dc.contributor Doctoral Programme in Sustainable Use of Renewable Natural Resources en
dc.contributor.author Zeng, Zhen
dc.date.accessioned 2019-04-26T06:49:12Z
dc.date.available 2019-06-04
dc.date.available 2019-04-26T06:49:12Z
dc.date.issued 2019-06-14
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-951-51-5176-6
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/301268
dc.description.abstract The fungus Heterobasidion parviporum is considered as the most destructive disease agent of conifers. The main host of H. parviporum is Norway spruce (Picea abies), and the primary infection is mediated by aerial sexual spores (basidiospores) landing on fresh stump surfaces or tree injuries. The secondary infection is mediated by vegetative spread of the fungus via root contacts formed between neighboring trees. H. parviporum features a dual and flexible lifestyle (saprotrophy and necrotrophy). Due to the unavailability of a reference genome, studies of the molecular pathology have heavily relied on parallel studies on its sibling species H. irregulare. The rapid development of next-generation sequencing techniques has revolutionized the scalability, reliability, and resolution of sequencing in life sciences. The first aim of this study was to provide a reference genome for H. parviporum by application of whole-genome sequencing. We selected a virulent isolate (isolate 96026) as the reference, which presented us a genome assembly of 37.76 Mb, hosting 10,502 protein-coding genes. To identify genomic variations potentially accountable for the virulence of the reference isolate, 14 less virulent isolates were also sequenced. Comparative genomic analysis uncovered not only the remarkable intraspecific level of polymorphism, but also two genomic regions exclusive to the reference isolate. The proteins encoded by genes situated in these two regions included a cytochrome P450, a major facilitator superfamily transporter, and secreted proteins, suggestive of their potential implication in the virulence of H. parviporum reference isolate. To propose candidate virulence factors for functional characterizations, secreted protein-coding genes under genome-wide selection pressure or possessing featured variants were explored, and examples were listed. We then targeted small-secreted proteins (SSPs) in H. parviporum reference isolate to provide promising SSP candidate(s) with functional evidence in terms of promoting disease development. A particular SSP (HpSSP35.8) was found capable of causing rapid cell death on the leaves of Nicotiana benthamiana and of triggering the expression of some defense-related genes in N. benthamiana. In addition, HpSSP35.8 was also highly expressed during the pre-symptomatic phase of H. parviporum infection of Norway spruce seedlings, in which some defense-related genes were also induced. Collectively, all evidence suggests this SSP as a potentially important virulence candidate, presumably in the early stage of pathogenic interaction with the host. Lastly, the transcriptome and DNA methylome profiles of the reference isolate growing as a necrotroph and as a saprotroph were obtained. A group of carbohydrate-active enzymes was found essential for its both necrotrophic and saprotrophic growth, and a small set of signaling- and transcription factors might be associated with the transition of saprotrophic to necrotrophic growth. DNA methylation was demonstrated to mostly target and repress the activity of transposable elements in the genome. A small group of genes with significantly varied methylation and expression levels were identified, implying the potential of DNA methylation as one of the transcriptional regulatory mechanisms in this fungus. Our study provided the reference genome and first methylome of H. parviporum. Follow-up research into the molecular mechanisms of Heterobasidion pathogenesis could be greatly facilitated by the availability of the genome, transcriptome, methylome and secretome data. en
dc.description.abstract Kuusentyvilaho (Heterobasidion parviporum) on metsäpatogeeni, joka lahottaa kuusen juuristoa ja runkoa. Kuusentyvilaho sieni tartuttuu ilmalevintäisillä itiöillä, jota kutsutaan kantaitiöiksi. Ilmassa olevat itiöt itävät laskeutuessaan kantoihin tai juuren tai haarojen haavoihin. Sen jälkeen sieni kehittyy ja leviää viereisiin terveisiin puihin juuriyhteyksien kautta. Vaikka H. parviporum nekrotrofina voi tappaa isäntapuita ravinteiden saamiseksi kasvua ja lisääntymistä varten, sieni voi myös suoraan syödä kuolleita puusoluja saprotrofina. Tämän väitöskirjan ensimmäinen tavoite oli sekvensoida tämän sienilajin erittäin virulenttin kannan koko genomi, jotta sitä voitiin käyttää vertailugenomina. Sienen koko genomin koko oli 37,76 Mb, jossa oli 10 502 ennustettua proteiinia koodaavaa geeniä. Saman sienilajin neljätoista vähemmän virulenttista kantaa myös sekvensoitiin ja verrattiin referenssigenomiin. Vertaileva genomianalyysi paljasti kaksi genomin aluetta, jotka löytyivät yksinomaan virulentissa referenssikannasta. Näihin kahteen alueeseen sisältyvien geenien koodaamat proteiinit sisälsivät sytokromi P450:a, joka on merkittävä entsymaattisten proteiinien superperhe, sekä erittyiviä proteiineja Nämä analyysit osoittavat, näiden kahden alueen voivan olla osatekijöitä referenssikannan virulenssiin. H. parviporumin referenssigenomin avulla seulottiin ja tutkittiin edelleen vertailukannan koodaamia pieniä erittyneitä proteiineja (SSP). Erityisen SSP: n (HpSSP35.8) havaittiin kykenevän aiheuttamaan nopean solukuoleman tupakan sukuisessa kasvin (Nicotiana benthamiana) lehdillä ja käynnistämään joitakin puolustukseen liittyvien geenien ilmentymistä. Lisäksi HpSSP35.8 ilmentyi myös voimakkaasti kuusen taimilla H. parviporum -infektion aikana. Taimissa myös indusoitiin joitakin puolustukseen liittyviä geenejä. Tulokset osoittivat yhdessä, että tämä SSP on potentiaalisesti tärkeä virulenssikandidaatti H. parviporum kasvisairauden aiheuttajana. Lopuksi analysoitiin nekrotrofi ja saprotrofi kasvuvaiheissa kasvavan sienen referenssigenomin transkriptio- ja DNA-metylaatio- profiilit. Ryhmä hiilihydraattiaktiivisia entsyymejä havaittiin välttämättömäksi sekä nekrotrofisen, että saprotrofisen kasvun kannalta, sekä havaittiin pienen joukkon signalointi- ja transkriptiotekijöitä, jotka saattavat liittyä sienen siirtymiseen saprotrofisesta kasvusta nekrotrofiseen kasvuun. DNA-metylaation osoitettiin kohdistuvan pääasiassa liikkuvien geneettisten elementtien (transposoni) aktiivisuuden estämiseen genomissa. Tässä sienessä havaittiin lisäksi pieni ryhmä geenejä, joilla oli merkittävästi vaihtelevia metylaatio- ja ilmentymistasoja, mikä viittaa DNA-metylaation mahdollisuuteen yhtenä transkription säätelymekanismeistä. Kuusentyvilaho patogeneesimekanismien jatkotutkimus voisi hyötyä tutkimuksessamme tuotetuista genomi-, transkriptomi-, metylaatio- ja tiedoista. fi
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-951-51-5175-9
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject Forest pathology
dc.title Genome, transcriptome, and methylome in the conifer pathogen Heterobasidion parviporum en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.opn Ma, Li-Jun
dc.type.dcmitype Text

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
genometr.pdf 1.091Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record