Six DNA regions were evaluated as potential DNA barcodes for Fungi , the second largest kingdom of eukaryotic life, by a multinational, multilaboratory consortium. The region of the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit 1 used as the animal barcode was excluded as a potential marker, because it is difficult to amplify in fungi, often includes large introns, and can be insufficiently variable. Three subunits from the nuclear ribosomal RNA cistron were compared together with regions of three representative protein-coding genes (largest subunit of RNA polymerase II, second largest subunit of RNA polymerase II, and minichromosome maintenance protein). Although the protein-coding gene regions often had a higher percent of correct identification compared with ribosomal markers, low PCR amplification and sequencing success eliminated them as candidates for a universal fungal barcode. Among the regions of the ribosomal cistron, the internal transcribed spacer (ITS) region has the highest probability of successful identification for the broadest range of fungi, with the most clearly defined barcode gap between inter- and intraspecific variation. The nuclear ribosomal large subunit, a popular phylogenetic marker in certain groups, had superior species resolution in some taxonomic groups, such as the early diverging lineages and the ascomycete yeasts, but was otherwise slightly inferior to the ITS. The nuclear ribosomal small subunit has poor species-level resolution in fungi. ITS will be formally proposed for adoption as the primary fungal barcode marker to the Consortium for the Barcode of Life, with the possibility that supplementary barcodes may be developed for particular narrowly circumscribed taxonomic groups.

Rust fungi are some of the most devastating pathogens of crop plants. They are obligate biotrophs, which extract nutrients only from living plant tissues and cannot grow apart from their hosts. Their lifestyle has slowed the dissection of molecular mechanisms underlying host invasion and avoidance or suppression of plant innate immunity. We sequenced the 101-Mb genome of Melampsora larici - populina , the causal agent of poplar leaf rust, and the 89-Mb genome of Puccinia graminis f. sp. tritici , the causal agent of wheat and barley stem rust. We then compared the 16,399 predicted proteins of M. larici-populina with the 17,773 predicted proteins of P. graminis f. sp tritici . Genomic features related to their obligate biotrophic lifestyle include expanded lineage-specific gene families, a large repertoire of effector-like small secreted proteins, impaired nitrogen and sulfur assimilation pathways, and expanded families of amino acid and oligopeptide membrane transporters. The dramatic up-regulation of transcripts coding for small secreted proteins, secreted hydrolytic enzymes, and transporters in planta suggests that they play a role in host infection and nutrient acquisition. Some of these genomic hallmarks are mirrored in the genomes of other microbial eukaryotes that have independently evolved to infect plants, indicating convergent adaptation to a biotrophic existence inside plant cells.

The class Dothideomycetes is one of the largest groups of fungi with a high level of ecological diversity including many plant pathogens infecting a broad range of hosts. Here, we compare genome features of 18 members of this class, including 6 necrotrophs, 9 (hemi)biotrophs and 3 saprotrophs, to analyze genome structure, evolution, and the diverse strategies of pathogenesis. The Dothideomycetes most likely evolved from a common ancestor more than 280 million years ago. The 18 genome sequences differ dramatically in size due to variation in repetitive content, but show much less variation in number of (core) genes. Gene order appears to have been rearranged mostly within chromosomal boundaries by multiple inversions, in extant genomes frequently demarcated by adjacent simple repeats. Several Dothideomycetes contain one or more gene-poor, transposable element (TE)-rich putatively dispensable chromosomes of unknown function. The 18 Dothideomycetes offer an extensive catalogue of genes involved in cellulose degradation, proteolysis, secondary metabolism, and cysteine-rich small secreted proteins. Ancestors of the two major orders of plant pathogens in the Dothideomycetes, the Capnodiales and Pleosporales, may have had different modes of pathogenesis, with the former having fewer of these genes than the latter. Many of these genes are enriched in proximity to transposable elements, suggesting faster evolution because of the effects of repeat induced point (RIP) mutations. A syntenic block of genes, including oxidoreductases, is conserved in most Dothideomycetes and upregulated during infection in L. maculans, suggesting a possible function in response to oxidative stress.

DNA phylogenetic comparisons have shown that morphology-based species recognition often underestimates fungal diversity. Therefore, the need for accurate DNA sequence data, tied to both correct taxonomic names and clearly annotated specimen data, has never been greater. Furthermore, the growing number of molecular ecology and microbiome projects using high-throughput sequencing require fast and effective methods for en masse species assignments. In this article, we focus on selecting and re-annotating a set of marker reference sequences that represent each currently accepted order of Fungi. The particular focus is on sequences from the internal transcribed spacer region in the nuclear ribosomal cistron, derived from type specimens and/or ex-type cultures. Re-annotated and verified sequences were deposited in a curated public database at the National Center for Biotechnology Information (NCBI), namely the RefSeq Targeted Loci (RTL) database, and will be visible during routine sequence similarity searches with NR_prefixed accession numbers. A set of standards and protocols is proposed to improve the data quality of new sequences, and we suggest how type and other reference sequences can be used to improve identification of Fungi. Database URL:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA177353

Summary Fungi have a wide range of lifestyles and hosts. We still know little about the impact of lifestyles on their genome architecture. Here, we combined and annotated 562 fungal genomes from the class Sordariomycetes and examined the coevolution between 12 genomic and two lifestyle traits: pathogenicity and insect association. We found that many pathogens tend to evolve a larger number of protein-coding genes, tRNA genes, and have larger non-repetitive genome sizes than non-pathogenic species. In contrast, species with a pathogenic or symbiotic relationship with insects have smaller genome sizes and genes with longer exons; they also have fewer genes if they are vectored by insects, compared to species not associated with insects. Our study demonstrates that pathogen genome size and complexity are the result of an interplay between drift, imposed by symbiosis and small effective population size, which leads to genome contraction, and the adaptive role of gene amplification, which leads to genome expansion.

SUMMARY Intestinal homeostasis following postnatal microbial colonization requires the coordination of multiple processes including the activation of immune cells, cell-cell communication, the controlled deposition of extracellular matrix, and epithelial cell turnover and differentiation. The intestine harbors the largest frequency of resident eosinophils of all homeostatic organs, yet the functional significance of eosinophil recruitment to this organ has long remained enigmatic. Eosinophils are equipped to both respond to, and modify, their local tissue environment and thus are able to regulate the adaption of tissues to environmental changes. We report a critical role for eosinophils in regulating villous structure, barrier integrity and motility in the small intestine. Notably, the microbiota was identified as a key driver of small intestinal eosinophil activation and function. Collectively our findings demonstrate a critical role for eosinophils in facilitating mutualistic interactions between host and microbiota and provide a rationale for the functional significance of their early life recruitment in the small intestine. HIGHLIGHTS The microbiota is a critical regulator of eosinophil activation and turnover Eosinophils uphold intestinal barrier integrity following microbial colonization Loss of eosinophils at steady-state results in increased villous blunting and altered intestinal motility

ABSTRACT Global, large-scale surveys of phylogenetically diverse plant and lichen hosts have revealed an extremely high richness of endophytes in the Xylariales, one of the largest clades of filamentous fungi and a significant source of novel secondary metabolites (SMs). Endophytes may produce host protective antimicrobial or insecticidal SMs, as well as compounds that facilitate symbiotic establishment through suppression or degradation of host immune response, but the ecological roles of most SMs are unknown. Here we characterized metabolic gene clusters in 96 genomes of endophytes and closely related saprotrophs and pathogens in two clades of Xylariales (Xylariaceae s.l. and Hypoxylaceae). Hundreds of genes appear horizontally transferred to xylarialean fungi from distantly related fungi and bacteria, including numerous genes in secondary metabolite gene clusters (SMGCs). Although all xylarialean genomes contain hyperabundant SMGCs, we show that increased gene duplications, horizontal gene transfers (HGTs), and SMGC content in Xylariaceae s.l. taxa are linked to greater phylogenetic host breadth, larger biogeographic distributions, and increased capacity for lignocellulose decomposition compared to Hypoxylaceae taxa. Overall, our results suggest that xylarialean endophytes capable of dual ecological modes (symbiotic and saprotrophic) experience greater selection to diversify SMGCs to both increase competitiveness within microbial communities and facilitate diverse symbiotic interactions.

Understanding the genetic basis of how plants defend against pathogens is important to monitor and maintain resilient tree populations. Swiss needle cast (SNC) and Rhabdocline needle cast (RNC) epidemics are responsible for major damage of forest ecosystems in North America. Here we investigate the genetic architecture of tolerance and resistance to needle cast diseases in Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) caused by two fungal pathogens: SNC caused by Nothophaeocryptopus gaeumannii, and RNC caused by Rhabdocline pseudotsugae. We performed case-control genome-wide association analyses and found disease resistance and tolerance in Douglas-fir to be polygenic and under strong selection. We show that stomatal regulation as well as ethylene and jasmonic acid pathways are important for resisting SNC infection, and secondary metabolite pathways play a role in tolerating SNC once the plant is infected. We identify a major transcriptional regulator of plant defense, ERF1, as the top candidate for RNC resistance. Our findings shed light on the highly polygenic architectures underlying fungal disease resistance and tolerance and have important implications for forestry and conservation as the climate changes.

In recent decades, Dothistroma needle blight (DNB), a pine tree disease caused by the fungal pathogen Dothistroma septosporum, has severely damaged lodgepole pine (Pinus contorta Dougl. ex Loud. var. latifolia) in British Columbia, Canada. The pathogen has already shown signs of host shift eastward to lodgepole × jack hybrid pine populations, and possibly into pure jack pine (Pinus banksiana Lamb.). However, we have little knowledge about mechanisms of resistance to D. septosporum, especially the underlying genetic basis in pines. In this study, we conducted controlled inoculations to induce infection by D. septosporum and performed a genome-wide case-control association study with pooled sequencing (pool-seq) data to dissect the genetic architecture underlying response in lodgepole pine, jack pine, and their hybrids. We identified candidate genes associated with D. septosporum response in lodgepole pine and in lodgepole × jack hybrid pine populations. We also assessed genetic structure in hybrid populations and inferred that introgression may affect the distribution of genetic variation involved in D. septosporum response in the study populations. These results can be used to develop genomic tools to evaluate DNB risk, guide forest management strategies, and potentially select for resistant genotypes.

Abstract Background Flight can drastically enhance dispersal capacity and is a key trait defining the potential of exotic insect species to spread and invade new habitats. The phytophagous European spongy moths (ESM, Lymantria dispar dispar ) and Asian spongy moths (ASM; a multi–species group represented here by L. d. asiatica and L. d. japonica ), are globally invasive species that vary in adult female flight capability—female ASM are typically flight capable, whereas female ESM are typically flightless. Genetic markers of flight capability would supply a powerful tool for flight profiling of these species at any intercepted life stage. To assess the functional complexity of spongy moth flight and to identify potential markers of flight capability, we used multiple genetic approaches aimed at capturing complementary signals of putative flight–relevant genetic divergence between ESM and ASM: reduced representation genome–wide association studies, whole genome sequence comparisons, and developmental transcriptomics. We then judged the candidacy of flight–associated genes through functional analyses aimed at addressing the proximate demands of flight and salient features of the ecological context of spongy moth flight evolution. Results Candidate gene sets were typically non–overlapping across different genetic approaches, with only nine gene annotations shared between any pair of approaches. We detected an array of flight–relevant functional themes across gene sets that collectively suggest divergence in flight capability between European and Asian spongy moth lineages has coincided with evolutionary differentiation in multiple aspects of flight development, execution, and surrounding life history. Overall, our results indicate that spongy moth flight evolution has shaped or been influenced by a large and functionally broad network of traits. Conclusions Our study identified a suite of flight–associated genes in spongy moths suited to exploration of the genetic architecture and evolution of flight, or validation for flight profiling purposes. This work illustrates how complementary genetic approaches combined with phenotypically targeted functional analyses can help to characterize genetically complex traits.