Functional genomic approaches in cereal rusts

Abstract

Cereal rust fungi are pathogens of major importance to agriculture, threatening cereal production worldwide. Targeted breeding for resistance, based on information from fungal surveys and population structure analyses of virulence, has been effective. Nevertheless, breakdown of resistance occurs frequently and continued efforts are needed to understand how these fungi overcome resistance and to determine the range of available resistance genes. The development of genomic resources for these fungi and their comparison has released a torrent of new ideas and approaches to use this information to assist pathologists and agriculture in general. The sequencing of gene transcripts and the analysis of proteins from haustoria has yielded candidate virulence factors among which could be defence-triggering avirulence genes. Genome-wide computational analyses, including genetic mapping and transcript analyses by RNA sequencing of many fungal isolates, will predict many more candidates. Functional assays, such as leaf infiltration using Agrobacterium for delivery of cloned fungal effectors, are being developed. This will allow the screening of wheat germplasm for novel resistance genes for breeding. Comparative analyses have also revealed fungal virulence genes, providing fungal targets for disease control in host-produced RNAi approaches.

Résumé

Les champignons responsables de la rouille chez les céréales sont des agents pathogènes très importants sur le plan de l'agriculture, et ils menacent la production céréalière partout dans le monde. La sélection ciblée pour la résistance, basée sur les données des enquêtes sur les maladies fongiques et les analyses de la virulence relativement à la structure des populations, s'est avérée efficace. Néanmoins, il arrive souvent que la résistance s'érode et il faut alors redoubler d'efforts pour comprendre comment ces champignons la brisent ainsi que pour caractériser la gamme disponible de gènes de résistance. Le développement des ressources génomiques, entre autres, relatives à ces champignons a fait surgir un torrent de nouvelles idées et de méthodes sur les façons d'utiliser cette information au profit des pathologistes et de l'agriculture en général. Le séquençage des transcrits des gènes et l'analyse des protéines des haustoriums a produit des agressines probables parmi lesquelles il y aurait des gènes d'avirulence qui induisent des réactions de défense. Les analyses bio-informatiques à l'échelle du génome entier, y compris la cartographie génétique et l'analyse des transcrits par séquençage de l'ARN de plusieurs isolats fongiques, décuplera les possibilités. Des essais fonctionnels, comme l'infiltration d'Agrobacterium dans les feuilles pour y produire des clones d'effecteurs fongiques, sont au stade du développement. Cela permettra le criblage du germoplasme de blé pour y déceler des gènes de résistance originaux pour la sélection. Les analyses comparatives ont également permis de détecter des gènes de virulence fongiques qui offraient des cibles à la lutte contre les maladies chez les hôtes capables de déclencher les mécanismes de silençage de l'expression génique (interférence ARN).

Keywords:

• avirulence
• effector
• P. graminis
• P. striiformis
• P. triticina
• Puccinia species
• secretome
• wheat leaf rust

Mots clés:

• avirulence
• effecteur
• P. graminis
• P. striiformis
• P. triticina
• Puccinia spp
• rouille brune
• sécrétome

Notes

This paper was a contribution to the symposium entitled ‘Contributions of genomics to plant pathology’ held during the Canadian Phytopathological Society Annual Meeting in Vancouver, British Columbia, June 2010.