Article: New Phytologist

Comparative genomics and transcriptomics depict ericoid mycorrhizal fungi as versatile saprotrophs and plant mutualists. E Martino, E Morin, GA Grelet, A Kuo, A Kohler, S Daghino, KW Barry, … New Phytologist

Abstract

  • Some soil fungi in the Leotiomycetes form ericoid mycorrhizal (ERM) symbioses with Ericaceae. In the harsh habitats in which they occur, ERM plant survival relies on nutrient mobilization from soil organic matter (SOM) by their fungal partners. The characterization of the fungal genetic machinery underpinning both the symbiotic lifestyle and SOM degradation is needed to understand ERM symbiosis functioning and evolution, and its impact on soil carbon (C) turnover.
  • We sequenced the genomes of the ERM fungi Meliniomyces bicolor, M. variabilis,Oidiodendron maius and Rhizoscyphus ericae, and compared their gene repertoires with those of fungi with different lifestyles (ecto- and orchid mycorrhiza, endophytes, saprotrophs, pathogens). We also identified fungal transcripts induced in symbiosis.
  • The ERM fungal gene contents for polysaccharide-degrading enzymes, lipases, proteases and enzymes involved in secondary metabolism are closer to those of saprotrophs and pathogens than to those of ectomycorrhizal symbionts. The fungal genes most highly upregulated in symbiosis are those coding for fungal and plant cell wall-degrading enzymes (CWDEs), lipases, proteases, transporters and mycorrhiza-induced small secreted proteins (MiSSPs).
  • The ERM fungal gene repertoire reveals a capacity for a dual saprotrophic and biotrophic lifestyle. This may reflect an incomplete transition from saprotrophy to the mycorrhizal habit, or a versatile life strategy similar to fungal endophytes.

Article: The Plant Journal

Know your Enemy, Embrace your Friend: Using omics to understand how plants respond differently to pathogenic and mutualistic microorganisms JM Plett, FM Martin. The Plant Journal

Summary

Micro-organisms, or ‘microbes’, have formed intimate associations with plants throughout the length of their evolutionary history. In extant plant systems microbes still remain an integral part of the ecological landscape impacting plant health, productivity, and long-term fitness. Therefore, to properly understand the genetic wiring of plants, we must first determine what perception systems plants have evolved to parse beneficial from commensal from pathogenic microbes. In this review, we consider some of the most recent advances in how plants respond at the molecular level to different microbial lifestyles. Further, we cover some of the means by which microbes are able to manipulate plant signaling pathways through altered destructiveness and nutrient sinks as well as the use of effector proteins and miRNA’s. We conclude by highlighting some of the major questions still to be answered in the field of plant-microbe research and suggest some of key areas that most need further research investment. The results of these proposed studies will have impacts in a wide range of plant research disciplines and will, ultimately, translate into stronger agronomic crops and forestry stock whose immune perception and response system is bred to foster beneficial microbial symbioses while repudiating pathogenic symbioses.

Seminar: L. Auer

Prochain séminaire: ce vendredi, Lucas Auer, nouvellement recruté dans l’unité nous présentera ses travaux précédents.

Vendredi 8 décembre, 13h30 (Salle réunion LGEF): Lucas Auer (IAM)
Bacterial ecology for bioreactors”
The next seminar will be given by Lucas Auer next friday. Lucas recently joined the department

Friday 8th of December, 1.30 pm (LGEF meeting room): Lucas Auer (IAM)

Bacterial ecology for bioreactors”

PhD Defense : N. Valette

Nicolas Valette soutiendra publiquement ses travaux de thèse portant sur :
La caractérisation fonctionnelle de petites protéines sécrétées chez les champignons lignolytiques
Dirigés par Mélanie Morel-Rouhier et Eric Gelhaye
le 6 décembre à 9h00, amphithéâtre 14
Faculté des Sciences et technologies
Vandoeuvre-les-Nancy

Résumé : Durant ces dernières décennies, les systèmes enzymatiques de dégradation du bois sécrétés par les champignons ont fait l’objet de nombreuses études aboutissant à la caractérisation fonctionnelle et biochimique des enzymes extracellulaires majeures agissant directement sur le polymère. Cependant, les systèmes annexes associés au processus de dégradation n’ont à l’heure actuelle été que peu étudiés. En particulier, les systèmes de détoxication et de réponses des champignons au stress généré par le processus de dégradation ainsi que les mécanismes lui permettant de croître dans cet environnement hostile sont encore peu connus. Ce stress est majoritairement dû à la présence de radicaux et d’extractibles. Les extractibles sont des molécules issues du métabolisme secondaire de l’arbre qui sont synthétisés pour augmenter la durabilité du bois face aux attaques biotiques et abiotiques. Une analyse transcriptomique réalisée au laboratoire a mis en évidence la surexpression de gènes codant des petites protéines sécrétées (SSP) chez Phanerochaete chrysosporium lors d’une culture en présence d’extractibles de chêne. La fonction de ce type de protéines chez les champignons lignolytiques est inconnue. Mon projet de thèse a porté sur la caractérisation d’une de ces SSP (SSP1). Les résultats obtenus ont révélé des propriétés biochimiques atypiques pour cette protéine qui est capable de former une structure fibrillaire, notamment grâce à la présence d’un domaine C-terminal riche en alanine et glycine. De plus, nous avons pu montrer que cette protéine présentait une activité β-glucuronidase in vitro, qui est dépendante de son état d’oligomerisation. Une approche physiologique a également été abordée grâce à l’obtention de mutants knock-out de SSP de Podospora anserina. La caractérisation de ces mutants a montré un défaut de croissance en condition de stress oxydant et en présence de molécules perturbant l’intégrité de la paroi cellulaire. Enfin, une analyse in silico des orthologues de SSP1 a montré la présence de ce gène dans les génomes d’organismes saprophytes, ectomycorhiziens ou pathogènes suggérant un rôle indirect de cette protéine dans les processus de dégradation du bois, probablement en lien avec la gestion du stress associé.

Mots-clef : Phanerochaete chrysosporium, petites protéines sécrétées (SSP), dégradation du bois, extractibles, saprophytes, stress

 

Abstract: During the last decades, the enzymatic systems involved in wood degradation have been intensively studied in fungi. This has led to functional and biochemical characterization of the main extracellular enzymes that are involved in the process. However, other systems associated to the degradation mechanisms have been poorly studied. In particular, the detoxification and stress response pathways allowing the fungus to grow in and resist the toxic conditions that are associated to the degradative process are still unknown. This stress is mostly due to the presence of radicals and extractives. Extractives are putative toxic compounds produced as secondary metabolites in tree to enhance wood durability against biotic and abiotic attacks. A transcriptomic analysis performed in the laboratory highlighted the up-regulation of genes coding for small secreted proteins (SSP) in Phanerochaete chrysosporium in presence of oak extractives. The functions of these SSP are unknown in lignolytic fungi. My PhD project was focused on the characterization of one of these SSP (namely SSP1) of P. chrysosporium. The biochemical data revealed atypical features for SSP1. Indeed, it is able to form fibrilar structure, thanks to an alanine-rich and glycine-rich C-terminal domain. Moreover, we have shown that this protein exhibits β-glucuronidase activity in vitro which is dependent on its oligomerization state. Physiological data were obtained thanks to the obtention of SSP knock-out mutants in Podospora anserina. These mutants have growth defect in oxidizing stress condition and in presence of cell wall-disruptive compounds. Finally, the in silico analysis of SSP1 orthologues revealed the presence of this gene in genomes of saprophytic, ectomycorrhizal or pathogenic fungi, suggesting an indirect role of this protein in wood degradation processes, probably linked to the associated stress.

Key-words: Phanerochaete chrysosporium, small secreted proteins (SSP), wood degradation, extractives, saprophytic fungi, stress

Article: BMC Biology

Erv1 of Arabidopsis thaliana can directly oxidize mitochondrial intermembrane space proteins in the absence of redox-active Mia40 V Peleh, F Zannini, S Backes, N Rouhier, JM Herrmann. BMC biology 15 (1), 106

Background

Many proteins of the mitochondrial intermembrane space (IMS) contain structural disulfide bonds formed by the mitochondrial disulfide relay. In fungi and animals, the sulfhydryl oxidase Erv1 ‘generates’ disulfide bonds that are passed on to the oxidoreductase Mia40, which oxidizes substrate proteins. A different structural organization of plant Erv1 proteins compared to that of animal and fungal orthologs was proposed to explain its inability to complement the corresponding yeast mutant.

Results

Herein, we have revisited the biochemical and functional properties of Arabidopsis thaliana Erv1 by both in vitro reconstituted activity assays and complementation of erv1and mia40 yeast mutants. These mutants were viable, however, they showed severe defects in the biogenesis of IMS proteins. The plant Erv1 was unable to oxidize yeast Mia40 and rather even blocked its activity. Nevertheless, it was able to mediate the import and folding of mitochondrial proteins.

Conclusions

We observed that plant Erv1, unlike its homologs in fungi and animals, can promote protein import and oxidative protein folding in the IMS independently of the oxidoreductase Mia40. In accordance to the absence of Mia40 in many protists, our study suggests that the mitochondrial disulfide relay evolved in a stepwise reaction from an Erv1-only system to which Mia40 was added in order to improve substrate specificity.

Article: Advances in Genetics

Phylogenetics and Phylogenomics of Rust Fungi MC Aime, AR McTaggart, SJ Mondo, S Duplessis. Advances in Genetics

Abstract

Rust fungi (Pucciniales) are the most speciose and the most complex group of plant pathogens. Historically, rust taxonomy was largely influenced by host and phenotypic characters, which are potentially plastic. Molecular systematic studies suggest that the extant diversity of this group was largely shaped by host jumps and subsequent shifts. However, it has been challenging to reconstruct the evolutionary history for the order, especially at deeper (family-level) nodes. Phylogenomics offer a potentially powerful tool to reconstruct the Pucciniales tree of life, although researchers working at this vanguard still face unprecedented challenges working with nonculturable organisms that possess some of the largest and most repetitive genomes now known in kingdom fungi. In this chapter, we provide an overview of the current status and special challenges of rust genomics, and we highlight how phylogenomics may provide new perspectives and answer long-standing questions regarding the biology of rust fungi.

PhD: Marie Grosdidier

Madame Marie GROSDIDIER

A brillamment soutenu ses travaux de thèse intitulés

Epidémiologie de la Chalarose du frêne, une maladie causée par l’agent pathogène Hymenoscyphus fraxineus

Le vendredi 10 novembre 2017 à 9h30
Lieu :  Amphi 7, Campus Aiguillettes, 54506 Vandœuvre-lès-Nancy

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Composition du jury (de gauche à droite sur la photo) :

M. Valentin Queloz, WSL, Birmensdorf, Suisse, Examinateur

M. Pascal Hendrikx, Anses, Lyon, Examinateur

M. Renaud Ioos, Anses, Nancy, Co-directeur de thèse

(Mme Marie Grosdidier)

Mme Cécile Robin, Inra Bordeaux, Rapporteure

M. Benoit Marçais, Inra Nancy, Directeur de thèse

M. Ivan Sache, AgroParisTech, Paris, Rapporteur

Mme Mélanie Morel, Université de Lorraine, Présidente du jury

 

 

Résumé :
L’introduction de champignons pathogènes envahissants est une cause très importante d’émergence de maladies forestières. Depuis ces 30 dernières années, la Chalarose affecte sévèrement les frênes en particulier Fraxinus excelsior. L’agent pathogène causant cette maladie est un ascomycète originaire d’Asie de l’Est, Hymenoscyphus fraxineus. Il fut observé pour la première fois dans les années 1990 en Pologne, puis s’est rapidement disséminé en Europe pour atteindre la France en 2008. La maladie se dissémine principalement par dispersion aérienne des ascospores. Cette thèse vise à étudier l’épidémiologie de la Chalarose du frêne en déterminant les facteurs environnementaux influençant le développement d’H. fraxineus et en proposant un modèle de dispersion de la maladie. Le premier objectif de cette thèse visait à optimiser une méthode de piégeage de l’inoculum aérien pour ensuite l’utiliser dans le but d’étudier le patron de dispersion d’H. fraxineus. Nous avons ainsi mis en place une expérimentation pour confirmer la fiabilité des résultats obtenus par biologie moléculaire à partir de faibles quantités de cibles, comme ceux observés sur le front de la maladie. Cette méthode de piégeage de spores aériennes a alors été comparée à des cartes de présence de la Chalarose réalisées grâce à des signalements de symptômes. L’étude a été réalisée à différentes échelles, locale (commune) et régionale, avec des zones d’échantillonnage de l’ordre de la 100aine de km sur le front de la Chalarose. Grâce à ce travail, nous avons pu déterminer un rayon d’action autour de la source d’inoculum à l’intérieur duquel des stratégies de gestion seraient les plus efficaces pour limiter le développement de la maladie. Le deuxième objectif de cette thèse consistait à déterminer quels facteurs environnementaux influencent le développement de la maladie, ce qui s’avère être un enjeu important pour la gestion forestière et l’avenir du frêne en tant qu’essence forestière dans les prochaines décennies. Nous avons montré qu’une importante densité d’hôte et une grande humidité du milieu influencent positivement le développement de la maladie. Ce travail a également permis de confirmer sur le terrain la sensibilité de l’agent pathogène aux fortes températures estivales, suggérant que la zone étudiée du sud-est de la France pourrait présenter des été trop chauds pour le développement de la maladie. A plus large échelle, le changement climatique pourrait jouer en faveur des frênes. De plus, la présence d’un effet Allee dans la dynamique de population de l’agent pathogène a été suggérée par nos résultats expérimentaux. Le dernier objectif de cette thèse était de modéliser la dispersion de la maladie en France. Nos travaux ont permis de mettre en évidence une vitesse de dispersion d’environ 60 km / an. Un modèle de réaction-diffusion a été développé pour mettre en relation la dispersion, la dynamique de population d’H. fraxineus et les facteurs environnementaux influençant son développement. Ce modèle de dispersion qui utilise des données standards issues du système d’épidémio-surveillance forestier du Département de la Santé des Forêts apportera des connaissances utiles à la mise en place de stratégies de gestion. Cette thèse ouvre des perspectives sur le devenir du frêne dans un contexte de changement climatique et plus largement sur la gestion des invasions biologiques.

 

Abstract:
Introduction of invasive pathogen fungi is a major cause of forest diseases emergence. For 30 years, a dieback has severely affected ashes and in particular Fraxinus excelsior. The pathogenic fungus causing the disease is an ascomycete originating from Eastern Asia, Hymenoscyphus fraxineus. It was observed for the first time in 90’s in Poland, then rapidly spread over Europe and was reported in France in 2008. The disease is mainly spread by airborne ascospores. The aim of this thesis is to study the epidemiology of H. fraxineus dispersal by determining environmental factors which impact pathogen development, and by proposing a dispersal model of the disease. The first objective of this thesis was to improve the trapping method of airborne inoculum and then, to use it to study the dispersal pattern of H. fraxineus. An experiment was set up to confirm the reliability of the molecular biology test for low levels of target such as these observed at the disease front. This trapping method of airborne spores was then compared to maps of disease presence deriving from symptoms reports on ashes. The study was realized at different scales, landscape (village) and regional, with sampling area of about 100 km at the disease front. This work enabled us to determine a radius around inoculum source that would have to be manage for effectively limit the disease development. The second objective of the thesis aimed at determining environmental factors which influence disease development, which is an important issue for forest management and future of ashes in the next decade. We have shown that high host density and high humidity both positively impact disease development. This work confirmed the pathogen susceptibility to high summer temperatures in natural settings and suggests that the climate of Southeastern France should limit disease development. At a larger scale, climate change may work in favor of ashes. Moreover, an Allee effect presence in the population dynamic of H. fraxineus was suggest by our experimental results. The last objective of this thesis was to model the disease spread in France. Our works estimated the spread speed to 60 km per year. A reaction-diffusion model was developed to link dispersal disease according to H. fraxineus population dynamic and environmental factors which impact its development. This dispersal model which can use standard data of French forest health surveillance system will provide new knowledge useful to implement management strategies. This thesis offers perspectives on the future of ashes in a context of climate change and more broadly about the management of biological invasions.