A sequência completa do genoma e o efetoroma comparativo de Sporisorium panici-leucophaei: o agente causador do carvão do capim-amargoso (Digitaria insularis)

Fungi of the Ustilaginaceae family are the main causal agents of smut disease in Poaceae plants, resulting in significant agronomic and economic losses. Smut species have a biotrophic lifestyle, which depends on a close interaction with a host to complete their life cycle and produce spores (2n). The fungus Sporisorium panici-leucophaei (Spl) infects and colonizes Digitaria insularis seedlings, causing the disease known as sourgrass smut disease. Despite presenting a similar life cycle compared to other smuts, scarce information is available about this pathosystem in the scientific literature. The development of a whip-like structure from the apex of sourgrass plants reveals potential for comparing with the sugarcane smut disease pathosystem. In this sense, the present work evaluated the colonization patterns in planta, the life cycle and formation of typical penetration structures of S. panici-leucophaei. In addition, complete genome sequencing of the S. panici-leucophaei was completed using two distinct sequencing platforms. The characterization of S. panici-leucophaei life cycle in vitro was concluded with the detection of distinct phases, such as spore germination, probasidium formation, sporidia formation and dikaryotic hyphae visualization In addition, it was possible to quantitatively establish the in planta infection time-course by spore germination 8 hours post-inoculation (hpi); appressorium formation at 48 hpi and hyphae detection at 72 hpi. The S. panici-leucophaei genome was completely assembled by generating a 22 chromosome assembly plus mitochondrial DNA. In addition, 6,404 genes were predicted, of which 382 were secreted along with 66 candidate effector genes, a pattern similar to that found for the S. scitamineum fungus. Comparative genomic analyses with the sugarcane smut genome yielded the first insights into shared and specific gene-content and provided useful information on a poorly studied plant pathogen. Fungos da família Ustilaginaceae são os principais agentes causais de doenças do carvão em plantas da família Poaceae, resultando em perdas agronômicas e econômicas significativas. As espécies causadoras de carvão apresentam estilo de vida biotrófico, dependente de uma íntima interação com o hospedeiro para completar seu ciclo de vida e produzir esporos (2n). O fungo Sporisorium panici-leucophaei (Spl) infecta e coloniza plântulas de Digitaria insularis, causando a doença denominada carvão do capim-amargoso. Apesar de possuir ciclo de vida semelhante à de outros carvões, poucas informações estão disponíveis sobre esse patossistema na literatura científica. O principal sintoma da doença causada por S. panici-leucophaei é mais semelhante ao carvão da cana-de-açúcar do que a de outras espécies de gramíneas. O desenvolvimento de uma estrutura em forma de chicote a partir do apex de plantas de capim-amargoso revelam potencial para comparar os patossistemas. Nesse sentido, o presente trabalho avaliou os padrões de colonização in planta, o ciclo de vida e formação de estruturas típicas penetração e colonização de S. panici-leucophaei. Além disso, o sequenciamento completo do genoma de S. panici-leucophaei foi concluído utilizando duas plataformas de sequenciamento distintas. A caracterização do ciclo de vida de S. panici-leucophaei in vitro foi concluída com a detecção das fases de germinação do esporo, formação do probasídio, formação de leveduras e geração da hifa dicariótica. Além disso, foi possível estabelecer quantitativamente o time-course de infecção in planta do patógeno através da germinação dos esporos 8 horas após a inoculação (hpi); formação do apressório às 48 hpi e detecção de hifas às 72 hpi. O genoma de S. panici-leucophaei foi concluído gerando uma montagem com 22 cromossomos mais o DNA mitocondrial. Além disso, 6,404 genes foram preditos, dos quais, 382 foram secretados juntamente com 66 genes candidatos a efetores, padrão similar ao encontrado para o fungo S. scitamineum. As análises genômicas comparativas com o genoma do carvão da cana-de-açúcar geraram os primeiros insights sobre o conteúdo gênico compartilhado e específico da espécie, além de fornecer informações úteis sobre um patógeno de planta pouco estudado.