ABSTRACT Wheat, the most important food crop, is threatened by a blast disease pandemic. Here, we show that a clonal lineage of the wheat blast fungus recently spread to Asia and Africa following two independent introductions from South America. Through a combination of genome analyses and laboratory experiments, we show that the decade-old blast pandemic lineage can be controlled by the Rmg8 disease resistance gene and is sensitive to strobilurin fungicides. However, we also highlight the potential of the pandemic clone to evolve fungicide-insensitive variants and sexually recombine with African lineages. This underscores the urgent need for genomic surveillance to track and mitigate the spread of wheat blast outside of South America, and to guide pre-emptive wheat breeding for blast resistance.

Abstract The rice blast fungus Magnaporthe oryzae secretes a battery of effector proteins during host infection to suppress plant immunity and promote disease. Among these effectors, the MAX effector-Pwl2 was first identified as a host specificity determinant for infection of weeping lovegrass ( Eragrostis curvula ). However, its biological activity has remained unknown. Here we show that the PWL2 gene is ubiquitous in all host-limited forms of M. oryzae and has undergone substantial copy number expansion indicating that it is a core effector of the blast fungus. We used CRISPR/Cas9-mediated gene editing to delete all three copies of PWL2 and generate a pwl2 null mutant in M. oryzae strain Guy11. This resulted in gain-of-virulence towards weeping lovegrass, but a reduction in the severity of disease symptoms on rice. To further investigate the virulence mechanism of Pwl2, we showed that transgenic rice and barley lines constitutively expressing PWL2 display suppression of reactive oxygen species generation and increased susceptibility to infection by M. oryzae . Also, we identify the barley and rice heavy metal-binding isoprenylated protein HIPP43 as a target of the Pwl2 effector. Transgenic lines overexpressing HIPP43 exhibit attenuated defense responses and increased susceptibility to blast infection, consistent with the hypothesis that Pwl2 binds HIPP43 to modulate immunity. This binding is coupled to changes in cellular localisation of these proteins. Taken together, our results provide evidence that Pwl2 is a virulence factor in M. oryzae that acts by suppressing host immunity through binding and re-localising HIPP43.

Abstract Many plant pathogenic fungi forcibly enter their hosts to cause disease. The rice blast fungus Magnaporthe oryzae , for example, infects plants using a specialised infection cell called an appressorium, which generates enormous turgor to drive a rigid penetration peg through the rice leaf cuticle. While these vast internal pressures are a critical weapon in fungal host penetration, they have remained very challenging to probe directly during host invasion, leaving our understanding of these extreme cellular mechanics incomplete. Here, we combine Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) with a membrane-targeting molecular mechanoprobe to quantify changes in membrane tension as a direct proxy for appressorial turgor in M. oryzae . We report that mature melanin-pigmented M. oryzae appressoria display a heterogeneous low fluorescence lifetime and high membrane tension, consistent with enormous turgor. These extreme pressures lead to large-scale spatial heterogeneities in membrane mechanics, much greater than observed in any other cell type previously, highlighting the extreme mechanics of turgor-driven appressorium-mediated plant infection. By contrast, appressoria of non-pathogenic melanin-deficient mutants, alb1 and buf1 , or immature non-melanised appressoria, exhibit high fluorescence lifetime, consistent with low membrane tension and turgor, that remain spatially homogeneous. To evaluate the method, we investigated turgor dynamics in a range of mutants impaired in appressorium function. We show that the turgor sensor kinase mutant Δsln1 , recently proposed to generate excess appressorium turgor, displayed a significantly higher membrane tension compared to an isogenic wild type M. oryzae strain. This non-invasive, live cell imaging technique allows direct quantification and visualization of the enormous turgor pressures deployed during pathogen infection.

SUMMARY Many of the world’s most devastating crop diseases are caused by fungal pathogens which elaborate specialized infection structures to invade plant tissue. Here we present a quantitative mass spectrometry-based phosphoproteomic analysis of infection-related development by the rice blast fungus Magnaporthe oryzae , which threatens global food security. We mapped 8,005 phosphosites on 2,062 fungal proteins, revealing major re-wiring of phosphorylation-based signaling cascades during fungal infection. Comparing phosphosite conservation across 41 fungal species reveals phosphorylation signatures specifically associated with biotrophic and hemibiotrophic fungal infection. We then used parallel reaction monitoring to identify phosphoproteins directly regulated by the Pmk1 MAP kinase that controls plant infection by M. oryzae . We define 33 substrates of Pmk1 and show that Pmk1-dependent phosphorylation of a newly identified regulator, Vts1, is required for rice blast disease. Defining the phosphorylation landscape of infection therefore identifies potential therapeutic interventions for control of plant diseases.