Applying comparative genomics to plant disease epidemiology

Astract

Phylogenetic or genealogical interpretation of DNA sequence data from multiple genomic regions has become the gold standard for species delimitation and population genetics. Precise species concepts can inform quarantine decisions but are likely to reflect evolutionary events too far in the past to impact disease management. On the other hand, multilocus approaches at the population level can identify patterns of endemism or migration directly associated with episodes of disease, including host shifts and associated changes in determinants of pathogenicity and avirulence. We used the genome database of Magnaporthe grisea to frame a comparative, multilocus genomics approach from which we demonstrate a single origin for rice infecting genotypes with concomitant loss of sex in pandemic clonal lineages, and patterns of gain and loss of avirulence genes. In the Sclerotinia sclerotiorum pathosystem, we identified significant associations of multilocus haplotypes with specific pathogen populations in North America. Following the introduction of a new crop, endemic pathogen genotypes and newly evolved migrant genotypes caused novel, early-season symptoms.

Résumé

Application de la génomique comparative à l’épidémiologie des maladies des plantes

L’interprétation phylogénétique ou généalogique des données sur les séquences d’ADN provenant de plusieurs régions des génomes est devenue la méthode de choix pour l’établissement des limites des espèces et en génétique des populations. Des concepts d’espèces bien définies peuvent aider à prendre des décisions en matière de quarantaine, mais ils sont probablement le reflet d’événements évolutifs qui se sont produits voilà trop longtemps pour avoir un impact sur la lutte contre les maladies. Par contre, une approche multilocus effectuée au niveau des populations peut permettre l’identification de schémas d’endémisme ou de migration en lien direct avec des épisodes de maladie, y compris des changements d’hôte et des modifications associées aux facteurs déterminants de la pathogénicité et de l’avirulence. Nous avons utilisé la base de données sur le génome du Magnaporthe grisea comme base d’une approche génomique comparative et multilocus qui nous a permis de démontrer une origine unique pour les génotypes qui infectent le riz avec la perte concomitante de la sexualité chez les lignées clonales pandémiques ainsi que des schémas de gain et de perte de gènes avirulents. Dans le pathosystème du Sclerotinia sclerotiorum, nous avons identifié d’importantes associations entre des haplotypes multilocus et des populations pathogènes en Amérique du Nord. À la suite de l’introduction d’une nouvelle culture, les génotypes pathogènes endémiques et les génotypes migrants d’évolution récente ont été la cause de symptômes nouveaux qui se sont produits tôt en saison.