Genomic analyses of Calonectria pteridis and standard area diagram sets for severity assessment of calonectria leaf blight

Abstract

Calonectria leaf blight (CLB) caused by several Calonectria species represents a serious threat to the sustainability of commercial plantations and nurseries of Eucalyptus in worldwide. In Brazil, C. pteridis is the main causal agent of CLB in eucalyptus plantations. The selection and planting of resistant eucalyptus genotypes are the main strategies of control of this disease. A comprehensive understanding of biology, genetics and pathogenicity of Calonectria species, as well as assessing of disease severity accurately and reliably for screening of resistant eucalyptus clones are critical knowledge to an efficient management of CLB. Therefore, in chapter 1of this Thesis, we present de novo assembly of the nuclear genome of C. pteridis LPF059, which represents a baseline for further investigations. In chapter 2, we performed a comprehensive genomic analysis study that allowed us to maximize our understanding of genetics, lifestyle, reproduction, and pathogenicity of C. pteridis compared to other Calonectria species. The assembly of C. pteridis LPF059 genome shows a high completeness with a large set of coding sequences related to CAZymes and secondary metabolites. The size and gene content of the mitochondrial genome of Calonectria of C. pteridis LPF059 is comparable to the mitochondrial genome of other Calonectria species. Based on mating type genes C. pteridis is a heterothallic species. Calonectria henricotiae and C. pseudonaviculata are classified as mesotrophs and the other species in this study as vasculartrophs due to their differences in CAZymes content and therefore nutrient acquisition. In addition, Calonectria species considered as saprophytic - “apathogenic”- or broad host-range showed a higher content of pathogenicity/virulence-related genes than species that are narrow host-range, which indicates that the loss of certain genes may affected their ability to infect multiple plant host species. In chapter 3, we evaluated the effect of rater instruction and two standard area diagram sets (SADs), that varied on scale structure, on the accuracy and reliability of visual estimates of CLB severity. It was found that the instruction is critical for inherently less accurate raters and given the importance of visual assessment of disease symptoms, we recommend the use of amended-linear set for CLB severity assessment. This study maximizes our knowledge on the biology, genetics, lifestyle, evolution, and pathogenicity of C. pteridis compared to other Calonectria species, providing valuable genomics data for future investigations. Moreover, it improves our understanding of fundamental issues on development and usage of SADs, besides valuables SADs to be used on CLB severity assessment for screening of resistant eucalyptus clones. Keywords: Cylindrocladium pteridis. Genome sequencing. CAZymes. Lifestyle. Fungal pathogenicity. Diagrammatic scale rating. Disease resistance.

A mancha-de-calonectria, causada por várias espécies de Calonectria, representa uma séria ameaça à sustentabilidade de plantações comerciais e viveiros de Eucalyptus em todo o mundo. No Brasil, C. pteridis é o principal agente causal da mancha-de-calonectria em plantações de eucalipto. A seleção e o plantio de genótipos de eucalipto resistentes são as principais estratégias de controle dessa doença. Uma compreensão abrangente da biologia, genética e patogenicidade das espécies de Calonectria, bem como a avaliação acurada e confiável da severidade da doença para a seleção de clones de eucalipto resistentes, são conhecimentos essenciais para um manejo eficiente da mancha-de-calonectria. Portanto, no Capítulo 1 desta tese, apresentamos a montagem de novo do genoma nuclear de C. pteridis LPF059, o qual representa uma referência para investigações adicionais. No Capítulo 2, realizamos um estudo abrangente de análise genômica que nos permitiu maximizar a nossa compreensão da genética, estilo de vida, reprodução e patogenicidade de C. pteridis em comparação com outras espécies de Calonectria. A montagem do genoma de C. pteridis LPF059 apresenta alta completude, com um grande conjunto de sequências codificadoras relacionadas a CAZymes e metabólitos secundários. O tamanho e o conteúdo gênico do genoma mitocondrial de C. pteridis LPF059 são comparáveis aos de outras espécies de Calonectria. Com base nos genes de mating type, C. pteridis é uma espécie heterotálica. Calonectria henricotiae e C. pseudonaviculata são classificadas como mesotróficas, enquanto as outras espécies deste estudo são classificadas como vasculotróficas devido às diferenças em seu conteúdo de CAZymes e, consequentemente, na aquisição de nutrientes. Além disso, as espécies de Calonectria consideradas saprofíticas - "apatogênicas" - ou de ampla gama de hospedeiros apresentaram um conteúdo maior de genes relacionados à patogenicidade/virulência do que as espécies de restrita gama de hospedeiros, o que indica que a perda de certos genes pode ter afetado sua capacidade de infectar várias espécies de plantas hospedeiras. No capítulo 3, avaliamos o efeito de instruções fornecidas aos avaliadores e de dois conjuntos de diagramas de área padrão (DAPs), as quais variam em estrutura, na acurácia e reprodutibilidade das estimativas visuais da severidade da mancha-de- calonectria. Descobrimos que as instruções são essenciais para avaliadores naturalmente menos precisos e, dada a importância da avaliação visual dos sintomas da doença, recomendamos o uso do conjunto de diagramas linear ajustado para a avaliação da severidade da mancha-de- calonectria. Este estudo amplia nosso conhecimento sobre a biologia, genética, estilo de vida, evolução e patogenicidade de C. pteridis em comparação com outras espécies de Calonectria, fornecendo dados genômicos valiosos para investigações futuras. Além disso, melhora nossa compreensão sobre questões fundamentais relacionadas ao desenvolvimento e uso de DAPs, além de fornecer valiosos DAPs para serem utilizados na avaliação da severidade da mancha- de-calonectria para seleção de clones de eucalipto resistentes. Palavras-chave: Cylindrocladium pteridis. Sequenciamento do genoma. CAZymes. Estilo de vida. Patogenicidade fúngica. Escala diagramática. Resistência a doenças.