Detection of Diplodia corticola spores in Ontario and Québec based on High Throughput Sequencing (HTS) methods

Abstract

A total of 252 aerial spore samples from the provinces of Quebec and Ontario were obtained during an extensive research programme focusing on aerobiology of fungal spores. Samples were collected on 95 sticky rods from rotary arm spore collectors and 157 filters from passive rain collectors. DNA from samples was PCR-amplified for fungal ribosomal ITS and sequenced using High Throughput Sequencing (HTS) methods. After bioinformatics analysis of DNA sequences, the presence of Diplodia corticola, an emerging tree pathogen in North America, was observed. In total, 313 DNA sequence reads from aerial spores of D. corticola were found in the Illumina data set, and 199 DNA sequence reads were obtained from the Ion Torrent data set. DNA of D. corticola was found in 16 of the 32 sampled sites, always less than 10 reads per site, with the exception of three sites – Quebec City, Aylmer and Ottawa – where 287, 125 and 73 DNA reads, respectively, were detected. This is not a first report of the presence of D. corticola causing a tree disease in Canada as symptomatic trees have not been identified. Typically, like many other species of the Botryosphaeriaceae, this fungal pathogen is believed to be an opportunistic plant endophyte capable of living asymptomatically for several years before showing up as a pathogen when conducive conditions arise. Its presence as singletons in nearly half the sampled sites in Quebec and Ontario may be the result of long-distance spore dispersal originating from known infected sites in Massachusetts, Maine and other unknown sites in the north-eastern USA. However, its much higher read counts in three sites may indicate the possibility of a few trees being asymptomatically infected and spreading conidia locally.

Résumé

En tout, 252 échantillons de spores aéroportées ont été collectés au Québec et en Ontario dans le cadre d’un vaste programme de recherche sur l’aérobiologie des spores fongiques. Les échantillons ont été collectés sur les 95 tiges, enduites d’une substance collante, de collecteurs de spores à bras rotatifs et sur les 157 filtres de capteurs d’eau pluviale passifs. L’ADN des échantillons a été amplifié par PCR en fonction de la région de l’ITS ribosomique fongique et séquencé en recourant à la méthode de séquençage à grande échelle. Après avoir procédé à l’analyse bio-informatique des séquences d’ADN, Diplodia corticola, un agent pathogène forestier émergent en Amérique du Nord, a été décelé. En tout, 313 lectures de séquences d’ADN de spores aéroportées de D. corticola ont été trouvées dans le jeu de données Illumina et 199 lectures de séquences d’ADN ont été obtenues du jeu de données Ion Torrent. L’ADN de D. corticola a été trouvé à 16 des 32 sites échantillonnés, toujours moins de 10 lectures par site, sauf pour 3 sites — Québec, Aylmer et Ottawa — où 287, 125 et 73 lectures d’ADN, respectivement, ont été détectées. Il ne s’agit pas d’une première mention de D. corticola causant une maladie chez les arbres au Canada, puisqu’on n’a pas trouvé d’arbres symptomatiques. Généralement, comme plusieurs autres espèces de la famille des Botryosphaeriaceae, cet agent pathogène fongique est considéré comme un endophyte opportuniste capable de vivre sans provoquer de symptômes pendant plusieurs années avant que des conditions propices lui permette de s’afficher en tant qu’agent pathogène. Sa présence en tant qu’organisme isolé dans presque la moitié des sites au Québec et en Ontario peut résulter de la dispersion, sur de longues distances, des spores provenant de sites infectés connus au Massachusetts et au Maine ainsi que de sites inconnus du nord-est des États-Unis. Toutefois, les nombres de lectures substantiellement plus élevés dans trois sites peuvent indiquer que quelques arbres asymptomatiques infectés disséminent localement des conidies.

Keywords:

• Forest pathogens
• fungi
• Illumina
• invasive species
• Ion Torrent
• ITS1
• metabarcoding

Mots clés:

• Agents pathogènes forestiers
• champignons
• espèces envahissantes
• Illumina
• Ion Torrent
• métabarcoding

Acknowledgements

We thank the field collaborators who hosted and operated the rotary arm spore collectors: Normand Bérubé, Jean-Francois Pépin, Jacques Turcotte, Réjean Ouellet, Martin Lepage, Pascale St-Laurent, Robert Morisset and Alexander Bates. We also thank Robert Lavallée and Philippe Labrie for rain sample collections and Stéphane Bourassa for preparation of figures.