A nitrogen-responsive gene affects virulence in Fusarium graminearum

Abstract

Emerging models indicate that nitrogen availability is an important environmental cue for the induction of virulence in pathogenic fungi. This study explored gene expression patterns of the nitrogen-responsive gene FGSG_03881 and its role in virulence and toxin production in Fusarium graminearum. Using transcriptional fusion pFGSG_03881::GFP, we showed that FGSG_03881 exhibits differential expression profiles in 22 different nitrogen compounds. Since the growth patterns of the fungus also change under these conditions, a mathematical equation was derived to normalize the growth with the expression of FGSG_03881. We determined that expression of FGSG_03881 increased in the non-preferred sources of nitrogen, and decreased in the preferred nitrogen sources like glutamine. Additionally, we determined that this gene is neither linked to the biosynthesis of the mycotoxin DON nor regulated by the global regulator Tri6. Disruption of FGSG_03881 also resulted in increased infection and disease symptoms on wheat. Cumulatively, we suggest that FGSG_03881 is responsive to nitrogen availability and affects virulence in F. graminearum.

Résumé

Les nouveaux modèles indiquent que la disponibilité de l’azote est un important déclencheur environnemental quant à l’induction de la virulence chez les champignons pathogènes. Cette étude a exploré les patrons de l’expression génique du gène FGSG_03881 réceptif à l’azote et son rôle quant à la virulence et à la production de toxine chez Fusarium graminearum. À l’aide de la fusion transcriptionnelle pFGSG_03881::GFP, nous avons montré que le gène FGSG_03881 affiche des profils d’expression différentielle dans 22 composés azotés différents. Étant donné que, dans ces conditions, les modes de croissance du champignon changent également, une équation mathématique a été dérivée afin de normaliser la croissance du champignon et l’expression du gène FGSG_03881. Nous avons établi que l’expression génique de FGSG_03881 s’accroissait dans les sources non préférentielles d’azote et décroissait dans les sources préférentielles comme la glutamine. De plus, nous avons déterminé que ce gène n’est ni lié à la biosynthèse de la mycotoxine DON ni régulé par le régulateur global Tri6. La disruption génique de FGSG_03881 a également provoqué un accroissement de l’infection et des symptômes de la maladie chez le blé. Cumulativement, nous suggérons que le gène FGSG_03881 est réceptif à la disponibilité de l’azote et qu’il influence la virulence chez F. graminearum.

Keywords:

• Fusarium graminearum
• green fluorescent protein
• nitrogen stress
• virulence

Mots clés:

• Stress azoté
• Fusarium graminearum
• virulence
• protéine verte fluorescente

Acknowledgements

We would like to thank Winnie Leung and Christopher Mogg for technical assistance.