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Arrieta-Ortiz ML, Rodríguez-R LM, Pérez-Quintero ÁL, Poulin L, Díaz AC, Arias Rojas N, Trujillo C, Restrepo Benavides M, Bart R, Boch J, Boureau T, Darrasse A, David P, Dugé de Bernonville T, Fontanilla P, Gagnevin L, Guérin F, Jacques MA, Lauber E, Lefeuvre P, Medina C, Medina E, Montenegro N, Muñoz Bodnar A, Noël LD, Ortiz Quiñones JF, Osorio D, Pardo C, Patil PB, Poussier S, Pruvost O, Robène-Soustrade I, Ryan RP, Tabima J, Urrego Morales OG, Vernière C, Carrere S, Verdier V, Szurek B, Restrepo S, López C, Koebnik R, Bernal A. Genomic survey of pathogenicity determinants and VNTR markers in the cassava bacterial pathogen Xanthomonas axonopodis pv. Manihotis strain CIO151. PLoS One 2013; 8:e79704. [PMID: 24278159 PMCID: PMC3838355 DOI: 10.1371/journal.pone.0079704] [Citation(s) in RCA: 33] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/25/2013] [Accepted: 09/24/2013] [Indexed: 11/24/2022] Open
Abstract
Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) is the causal agent of bacterial blight of cassava, which is among the main components of human diet in Africa and South America. Current information about the molecular pathogenicity factors involved in the infection process of this organism is limited. Previous studies in other bacteria in this genus suggest that advanced draft genome sequences are valuable resources for molecular studies on their interaction with plants and could provide valuable tools for diagnostics and detection. Here we have generated the first manually annotated high-quality draft genome sequence of Xam strain CIO151. Its genomic structure is similar to that of other xanthomonads, especially Xanthomonas euvesicatoria and Xanthomonas citri pv. citri species. Several putative pathogenicity factors were identified, including type III effectors, cell wall-degrading enzymes and clusters encoding protein secretion systems. Specific characteristics in this genome include changes in the xanthomonadin cluster that could explain the lack of typical yellow color in all strains of this pathovar and the presence of 50 regions in the genome with atypical nucleotide composition. The genome sequence was used to predict and evaluate 22 variable number of tandem repeat (VNTR) loci that were subsequently demonstrated as polymorphic in representative Xam strains. Our results demonstrate that Xanthomonas axonopodis pv. manihotis strain CIO151 possesses ten clusters of pathogenicity factors conserved within the genus Xanthomonas. We report 126 genes that are potentially unique to Xam, as well as potential horizontal transfer events in the history of the genome. The relation of these regions with virulence and pathogenicity could explain several aspects of the biology of this pathogen, including its ability to colonize both vascular and non-vascular tissues of cassava plants. A set of 16 robust, polymorphic VNTR loci will be useful to develop a multi-locus VNTR analysis scheme for epidemiological surveillance of this disease.
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Affiliation(s)
- Mario L. Arrieta-Ortiz
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Luis M. Rodríguez-R
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
- Unité Mixte de Recherche Résistance des Plantes aux Bioaggresseurs, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, France
| | | | - Lucie Poulin
- Unité Mixte de Recherche Résistance des Plantes aux Bioaggresseurs, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, France
| | - Ana C. Díaz
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Nathalia Arias Rojas
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
- Unité Mixte de Recherche Résistance des Plantes aux Bioaggresseurs, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, France
| | - Cesar Trujillo
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | | | - Rebecca Bart
- Department of Plant and Microbial Biology, University of California, Berkeley, California, United States of America
| | - Jens Boch
- Department of Genetics, Martin Luther University, Halle-Wittenberg, Germany
| | - Tristan Boureau
- Institut National de la Recherche Agronomique, UMR45 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
- Université d'Angers, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, SFR4207 Quasav, PRES L'UNAM, Beaucouzé, France
- Agrocampus Ouest, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
| | - Armelle Darrasse
- Institut National de la Recherche Agronomique, UMR45 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
- Université d'Angers, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, SFR4207 Quasav, PRES L'UNAM, Beaucouzé, France
- Agrocampus Ouest, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
| | - Perrine David
- Institut National de la Recherche Agronomique, UMR45 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
- Université d'Angers, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, SFR4207 Quasav, PRES L'UNAM, Beaucouzé, France
- Agrocampus Ouest, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
| | - Thomas Dugé de Bernonville
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 441, Castanet-Tolosan-Microorganismes, Institut National de la Recherche Agronomique. Toulouse, France
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 2594, Centre National de la Recherche Scientifique, Castanet-Tolosan, France
| | - Paula Fontanilla
- Manihot-Biotec, Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
| | - Lionel Gagnevin
- Unite Mixte de Recherche Peuplement Végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, La Réunion, France
| | - Fabien Guérin
- Unite Mixte de Recherche Peuplement Végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, La Réunion, France
| | - Marie-Agnès Jacques
- Institut National de la Recherche Agronomique, UMR45 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
- Université d'Angers, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, SFR4207 Quasav, PRES L'UNAM, Beaucouzé, France
- Agrocampus Ouest, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
| | - Emmanuelle Lauber
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 441, Castanet-Tolosan-Microorganismes, Institut National de la Recherche Agronomique. Toulouse, France
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 2594, Centre National de la Recherche Scientifique, Castanet-Tolosan, France
| | - Pierre Lefeuvre
- Unite Mixte de Recherche Peuplement Végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, La Réunion, France
| | - Cesar Medina
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Edgar Medina
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Nathaly Montenegro
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Alejandra Muñoz Bodnar
- Manihot-Biotec, Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
| | - Laurent D. Noël
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 441, Castanet-Tolosan-Microorganismes, Institut National de la Recherche Agronomique. Toulouse, France
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 2594, Centre National de la Recherche Scientifique, Castanet-Tolosan, France
| | - Juan F. Ortiz Quiñones
- Manihot-Biotec, Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
| | - Daniela Osorio
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Carolina Pardo
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Prabhu B. Patil
- Institute of Microbial Technology, Council of Scientific and Industrial Research, Chandigarh, India
| | - Stéphane Poussier
- Institut National de la Recherche Agronomique, UMR45 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
- Université d'Angers, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, SFR4207 Quasav, PRES L'UNAM, Beaucouzé, France
- Agrocampus Ouest, UMR1345 Institut de Recherche en Horticulture et Semences, Beaucouzé, France
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 441, Castanet-Tolosan-Microorganismes, Institut National de la Recherche Agronomique. Toulouse, France
| | - Olivier Pruvost
- Unite Mixte de Recherche Peuplement Végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, La Réunion, France
| | - Isabelle Robène-Soustrade
- Unite Mixte de Recherche Peuplement Végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, La Réunion, France
| | - Robert P. Ryan
- College of Life Sciences, University of Dundee, Dundee, Scotland
| | - Javier Tabima
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Oscar G. Urrego Morales
- Manihot-Biotec, Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
| | - Christian Vernière
- Unite Mixte de Recherche Peuplement Végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, La Réunion, France
| | - Sébastien Carrere
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 441, Castanet-Tolosan-Microorganismes, Institut National de la Recherche Agronomique. Toulouse, France
- Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR 2594, Centre National de la Recherche Scientifique, Castanet-Tolosan, France
| | - Valérie Verdier
- Unité Mixte de Recherche Résistance des Plantes aux Bioaggresseurs, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, France
- Department of Bioagricultural Sciences and Pest Management, Colorado State University, Fort Collins, Colorado, United States of America
| | - Boris Szurek
- Unité Mixte de Recherche Résistance des Plantes aux Bioaggresseurs, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, France
| | - Silvia Restrepo
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
| | - Camilo López
- Manihot-Biotec, Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
| | - Ralf Koebnik
- Unité Mixte de Recherche Résistance des Plantes aux Bioaggresseurs, Institut de Recherche pour le Développement, Montpellier, France
| | - Adriana Bernal
- Laboratorio de Micología y Fitopatología Uniandes (LAMFU), Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia
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