Home About Browse Search
Svenska


Rhizoctonia solani and sugar beet responses

genomic and molecular analysis

Holmquist, Louise (2018). Rhizoctonia solani and sugar beet responses. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2018:63
ISBN 978-91-7760-266-8
eISBN 978-91-7760-267-5
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
1MB

Abstract

The soil-borne basidiomycete Rhizoctonia solani (strain AG2-2) incite root rot disease in sugar beet (Beta vulgaris). The overall objective of this thesis work was to enhance the genomic knowledge on this pathogen and induced responses in the host to promote breeding of better performing cultivars. The AG2-2IIIB R. solani isolate sequenced in this project had a predicted genome size of 56.02 Mb and encoded 11,897 genes. In comparisons with four other R. solani genomes, the AG2-2IIIB genome contained more carbohydrate active enzymes, especially the polysaccharide lyase group represented by the pectate lyase family 1 (PL-1). When predicting for small, cysteine rich and secreted-proteins (effectors) 11 potential candidates were found to be AG2-2IIIB strain specific. In parallel, transcript data was generated from sugar beet breeding lines known to express differential responses to R. solani infection. After extensive data mining of the achieved information a handful of genes with potential roles in sugar beet defence were identified. Particularly three Bet v I/Major latex protein (MLP) homologous genes caught the interest and were further investigated together with three R. solani (Rs) effector candidates selected based on their transcript profiles during infection of sugar beet seedlings. They are: a rare lipoprotein-A like protein (RsRlpA), the chitin-binding lysin motif effector (RsLysM) and a cysteine-rich protein (RsCRP1). The three fungal effectors were induced upon early infection and were heterologously expressed in Cercospora beticola, a sugar beet leaf spot fungus, facilitating functional analysis. RsLysM showed perturbation of chitin-triggered plant immunity as expected but did not protect fungal hyphae from degradation. RsRlpA is localized to the plant plasma membrane and has capacity to suppress the hypersensitive response. When monitoring cellular localization of RsCRP1 it was found to target both plant mitochondria and chloroplasts. RsCRP1 was also used in pull-down experiments followed by amino acid sequencing from which a potential interacting protein, a plasma membrane intrinsic protein, BvPIP1;1 was proposed to be a candidate. The studies on the fungal effectors and the potential plant defence candidates involving BvMLPs and BvPIP1;1 are on-going including assays of gene homologs in Arabidopsis to promote mechanistic understanding of the sugar beet – R. solani interactions together with protein-protein interactions and associated assays. Results to be implemented in resistance breeding.

Authors/Creators:Holmquist, Louise
Title:Rhizoctonia solani and sugar beet responses
Subtitle:genomic and molecular analysis
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Rhizoctonia solani är en jordburen svamp som tillhör Basidiomycota och orsakar rotröta i sockerbetor (Beta vulgaris). Det övergripande målet för denna avhandling var att studera R. solani AG2-2IIIB genomet för att identifiera faktorer som har betydelse vid infektionen av sockerbeta samt att få bättre förståelse för hur sockerbetor reagerar vid en infektion. Målet på sikt är att kunna utveckla bättre kontrollstrategier för sockerbeta mot infektion av R. solani. R. solani AG2-2IIIB hade ett predikterat genom på 56,02 Mb och 11 897 gener. I jämförelse med fyra andra R. solani genom var AG2-2IIIB det största och hade fler kolhydrataktiva enzymgrupper, speciellt polysackarid lyaser innehållande pektatlyas-familjen 1 (PL-1), än övriga grupper. Små, cystein-rika och utsöndrade proteiner (effektorer) predikterades i genomet och 11 potentiella kandidater unika för AG2-2IIIB kunder urskiljas. Parallellt genererades transkriptdata från sockerbetslinjer med olika resistensnivåer mot Rhizoctonia infektion. Efter omfattande dataanalyser identifierades en handfull gener som potentiellt har betydelse för sockerbetsförsvaret. I synnerhet tre gener homologa till Bet v I/Major latex proteiner (MLP) urskildes och undersöktes ytterligare. Även tre R. solani (Rs) effektorkandidater: ett sällsynt lipoprotein-A (RlpA)-liknande protein, den kitinbindande lysinmotiv (LysM) effektorn och ett cystein-rikt protein (CRP1), utvalda baserat på deras genexpression vid infektion av sockerbetsplantor studerades i detalj. De tre svamp-effektorgenerna inducerades vid tidig infektion och för att kunna göra funktionella analyser transformerades de in i Cercospora beticola, en bladfläcksorsakande sockerbetspatogen. RsLysM visade som förväntat en störning av kitin-utlöst växtimmunitet men skyddar inte svamphyferna från nedbrytning orsakad av kitinaser. RsRlpA lokaliseras till växtplasmamembranet och kan undertrycka hyperkänslig respons. Den cellulära lokaliseringen av RsCRP1 fanns både i växt-mitokondrier och kloroplaster. RsCRP1 användes också i proteininteraktionsstudier där neddragningsförsök följt av aminosyrasekvensering visade att ett plasma-membran protein, BvPIP1;1 potentiellt interagerar med RsCRP1. Studier av svamp-effektorerna och de potentiella resistensgenerna i sockerbeta som innefattar BvMLP gener och BvPIP1;1 pågår och inkluderar proteininteraktioner och analyser av genhomologer i Arabidopsis för att öka förståelsen av händelser mellan sockerbeta och R. solani. Resultaten av dessa studier är tänkta att användas vid resistensförädling.

Series/Journal:Acta Universitatis Agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2018
Depositing date:29 October 2018
Volume:2018:63
Number of Pages:52
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IWibberg D§, Andersson L§, Tzelepis G, Rupp O, Blom J, Jelonek L, Pühler A, Fogelqvist J, Varrelmann M, Schlüter A, Dixelius C. 2016. Genome analysis of the sugar beet pathogen Rhizoctonia solani AG2-2IIIB revealed high numbers in secreted proteins and cell wall degrading enzymes. BMC Genomics. 17:245
IIHolmquist L, Fogelqvist J, Cohn J, Dölfors F, Varrelmann M, Kraft T, and Dixelius C. Identification of genes contributing to Rhizoctonia solani defense responses in sugar beet. In manuscript
IIIDölfors F, Holmquist L, Moschou P, Dixelius C, Tzelepis G. 2018. The The Rhizoctonia solani RsLysM and RsRlpA effector proteins contribute to virulence by suppressing chitin-triggered immunity and hypersensitive response. BioRxiv. doi.org/10.1101/395582
IVTzelepis G, Holmquist L, Dölfors F, Dixelius C. The Rhizoctonia solani RsCRP1 effector promotes virulence and impacts the sugar beet BvPIP1;1 membrane protein. In manuscript
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Plant Biology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-7760-266-8
ISBN for electronic version:978-91-7760-267-5
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:F Plant production > F30 Plant genetics and breeding
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 404 Agricultural Biotechnology > Genetics and Breeding
Keywords:Rhizoctonia solani, sugar beet, resistance, RNAseq, Cercospora beticola, effectors
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-5088
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-5088
ID Code:15726
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Department of Plant Biology (from 140101)
External funders:Swedish Research Council
Deposited By: Louise Holmquist
Deposited On:31 Oct 2018 09:18
Metadata Last Modified:31 Oct 2018 09:18

Repository Staff Only: item control page