Etiology and de novo transcriptome analysis of the powdery mildew pathogen on Eucalyptus in Brazil

Abstract

Eucalypt powdery mildew is an important disease that occurs mainly in greenhouses and protected clonal hedges of eucalypt (Eucalyptus spp.) in Brazil. The fungal pathogen infects new leaves and shoots. White superficial colonies isolated or grouped that grow over the affected plant tissue are observed, which can subsequently spread to all leaf surface, causing leaf malformation and reduction on growth and production of shoots for mini-cutting. Because this disease has increased in incidence and importance in recent years, and research on this pathosystem is largely lacking, the objectives of this study were to i) determine the etiology of the disease through ITS and 28S rDNA sequencing and morphological analyses of powdery mildew pathogens isolates collected in different regions in Brazil; and ii) analyze the transcriptome of the powdery mildew pathogen during infection on Eucalyptus urophylla generated by RNA sequencing (RNA-Seq) and de novo assembly. Based on the results of phylogenetic analyses and morphological characteristics, all 42 pathogen isolates collected were identified as Podosphaera pannosa, also known to cause rose powdery mildew. Cross inoculations with pathogen isolates from rose (Rosa spp.) and eucalypt demonstrated that P. pannosa can infect both host species. The transcriptome sequencing by Illumina platform resulted in 12,107 transcripts. Among the 10 most abundant transcripts included genes encoding enzymes involved in fungal establishment and growth. The secretome prediction resulted in 217 proteins, of which 14 were considered as candidate effectors. In addition, 242 primer pairs were designed from the transcriptome sequences with potential to amplify P. pannosa microsatellites (Simple Sequence Repeats – SSR) regions. The results demonstrate that P. pannosa is the only causal agent found for eucalypt powdery mildew. In addition, this study provides technological advances in the study of this disease that will provide a basis for a better understanding of the P. pannosa- eucalypt pathosystem.

Oídio do eucalipto é uma importante doença que ocorre principalmente em casas de vegetação e minijardins clonais protegidos de eucalipto (Eucalyptus spp.) no Brasil. O fungo infecta folhas jovens e brotações. Sobre o tecido afetado, observam-se colônias superficiais isoladas ou agrupadas do fungo de coloração branca, que podem atingir toda superfície foliar e induzir malformação dos órgãos afetados e resultar em redução do crescimento e da produção de brotos para estaquia. Devido ao aumento da incidência e importância dessa doença nos últimos anos e também à falta de pesquisas relacionadas a esse patossistema, esse estudo objetivou: i) determinar a etiologia do oídio do eucalipto por meio do sequenciamento da região ITS e 28S do rDNA e de análises morfológicas de isolados de oídio coletados em diferentes regiões geográficas do Brasil; e ii) analisar o transcriptoma do patógeno durante a infecção em Eucalyptus urophylla gerado pelo sequenciamento do transcriptoma (RNA-Seq) e montagem de novo. Baseado nos resultados de análises filogenéticas e caracterização morfológica, todos os 42 isolados coletados foram identificados como Podosphaera pannosa, também conhecido como agente etiológico do oídio das roseiras. Inoculações cruzadas com isolados de P. pannosa de roseira e eucalipto demonstraram que P. pannosa pode infectar ambas as espécies. O sequenciamento do transcriptoma de P. pannosa pela plataforma Illumina resultou em 12.107 transcritos. Entre os 10 transcritos mais abundantes, encontram-se os genes codificadores de enzimas envolvidas no estabelecimento e crescimento do fungo. A predição do secretoma do fungo resultou em 217 proteínas, das quais 14 foram consideradas como candidatas a efetores. Além disso, 242 pares de primers foram desenhados a partir das sequências do transcriptoma com potencial para amplificar regiões microssatélites (Simple Sequence Repeats - SSR) de P. pannosa. Os resultados gerados neste trabalho demonstram que apenas a espécie P. pannosa causa doença no eucalipto. Além disso, fornece informações úteis para novos avanços nos estudos sobre a doença por oferecer uma base para a melhor compreensão sobre o patossistema P. pannosa- eucalipto.