Function of TALE1Xam in cassava bacterial blight: a transcriptomic approach

Abstract

Abstract. Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) is a gram negative bacteria causing the Cassava Bacterial Blight (CBB) in Manihot esculenta Crantz. Cassava represents one of the most important sources of carbohydrates for around one billion people around the world as well as a source of energy due to its high starch levels content. The CBB disease represents an important limitation for cassava massive production and little is known about this pathosystem. Bacterial pathogenicity often relies on the injection in eucaryotic host cells of effector proteins via a type III secretion system (TTSS). Between all the type III effectors described up to now, Transcription Activator-Like Type III effectors (TALE) appear as particularly interesting. Once injected into the plant cell, TALEs go into the nucleus cell and modulate the expression of target host genes to the benefit of the invading bacteria by interacting directly with plant DNA. In Xam, only one gene belonging to this family has been functionally studied so far. It consists on TALE1Xam. This work aim to identify cassava genes whose expression will be modified upon the presence of TALE1Xam. By means of a microarray containing 5700 cassava genes, the TALE code and two Hi-RNAseq lanes, we seek out direct TALE1Xam target genes. Hence, through functional qRT validation, specific artificial TALEs design and statistical analyses between cassava plants challenged with Xam Δ TALE1Xam vs. Xam + TALE1Xam, we proposed that TALE1Xam is potentially interacting with a Heat Shock Transcription Factor B3. Moreover we argue that this gene is responsible of the susceptibility during Xam infection. Furthermore this work represents the first complete transcriptomic approach done in the cassava/Xam interaction and open huge possibilities to understand and study CBB.

Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) en una bacteria gram negativa responsable del añublo bacteriano de la yuca. La yuca (Manihot esculenta Crantz) es una de las fuentes más importantes de carbohidratos para más de 1000 millones de personas alrededor del mundo y representa igualmente una fuente importante de energía por las altas concentraciones de almidón en sus raíces. El añublo bacteriano de la yuca representa una limitación importante para el cultivo masivo de este alimento, sin embargo este patosistema ha sido muy poco estudiado. La patogenicidad bacteriana, depende frecuentemente de la capacidad de la bacteria de inyectar efectores a través del Sistema de Secreción Tipo III (SSTIII). Entre todos los tipos de efectores descritos hasta hoy, los efectores tipo TAL (TALEs, del inglés Transcription Activator Like Effectors) son particularmente interesantes. Una vez inyectados en la célula vegetal, los TALEs son capaces posicionarse en el núcleo celular en donde tienen la capacidad de interactuar directamente con el ADN de la planta modulando la expresión de genes. Los genes modulados mediante esta interacción benefician, en la mayoría de los casos, el progreso de la infección. En Xam sólo uno de estos efectores ha sido funcionalmente estudiado hasta ahora, se trata de TALE1Xam. Este trabajo tiene como objetivo identificar los genes de yuca cuya expresión sea modificada en presencia de TALE1Xam. Con este fin, utilizando un microarreglo con 5700 genes de yuca, el código de los efectores tipo TAL y dos lanes de RNAseq, obtuvimos targets directos de TALE1Xam. Porteriormente, a través de validación por qRT PCR, la construcción de TALEs artificiales y análisis estadísticos entre plantas inoculadas con Xam Δ TALE1Xam vs. plantas inoculadas con Xam + TALE1Xam proponemos una lista de genes candidatos regulados por TALE1Xam . Dentro de esta lista de genes, se destaca el Heat shock transcription factor B3. Finalmente, este trabajo representa la primera aproximación transcriptómica de la interacción yuca/Xam y abre por lo tanto enormes posibilidades para el estudio de este patosistema.