Accurate and timely detection of plant diseases can help mitigate the worldwide losses experienced by the horticulture and agriculture industries each year. Thermal imaging provides a fast and non-destructive way of scanning plants for diseased regions and has been used by various researchers to study the effect of disease on the thermal profile of a plant. However, thermal image of a plant affected by disease has been known to be affected by environmental conditions which include leaf angles and depth of the canopy areas accessible to the thermal imaging camera. In this paper, we combine thermal and visible light image data with depth information and develop a machine learning system to remotely detect plants infected with the tomato powdery mildew fungus Oidium neolycopersici. We extract a novel feature set from the image data using local and global statistics and show that by combining these with the depth information, we can considerably improve the accuracy of detection of the diseased plants. In addition, we show that our novel feature set is capable of identifying plants which were not originally inoculated with the fungus at the start of the experiment but which subsequently developed disease through natural transmission.

A reference-quality assembly of Fusarium oxysporum f. sp. cepae (Foc), the causative agent of onion basal rot has been generated along with genomes of additional pathogenic and non-pathogenic isolates. Phylogenetic analysis confirmed a single origin of the Foc pathogenic lineage. Genome alignments with other F. oxysporum ff. spp. and non pathogens revealed high levels of syntenic conservation of core chromosomes but little synteny between lineage specific (LS) chromosomes. Four LS contigs in Foc totaling 3.9 Mb were designated as pathogen-specific (PS). A two-fold increase in segmental duplication events was observed between LS regions of the genome compared to within core regions or from LS regions to the core. RNA-seq expression studies identified candidate effectors expressed in planta, consisting of both known effector homologs and novel candidates. FTF1 and a subset of other transcription factors implicated in regulation of effector expression were found to be expressed in planta.

Abstract Lactuca sativa L. (lettuce) is an important leafy vegetable crop grown and consumed globally. Chemicals are routinely used to control major pathogens, including the causal agents of grey mould ( Botrytis cinerea ) and lettuce drop ( Sclerotinia sclerotiorum ). With increasing prevalence of pathogen resistance to fungicides and environmental concerns, there is an urgent need to identify sources of genetic resistance to B. cinerea and S. sclerotiorum in lettuce. We demonstrated genetic variation for quantitative resistance to B. cinerea and S. sclerotiorum in a set of 97 diverse lettuce and wild relative accessions, and between the parents of lettuce mapping populations. Transcriptome profiling across multiple lettuce accessions enabled us to identify genes with expression correlated with resistance, predicting the importance of post-transcriptional gene regulation in the lettuce defence response. We identified five genetic loci influencing quantitative resistance in a F10 mapping population derived from a Lactuca serriola (wild relative) x lettuce cross, which each explained 5–10% of the variation. Differential gene expression analysis between the parent lines, and integration of data on correlation of gene expression and resistance in the diversity set, highlighted potential causal genes underlying the quantitative trait loci. Key Message We demonstrate genetic variation for quantitative resistance against important fungal pathogens in lettuce and its wild relatives, map loci conferring resistance and predict key molecular mechanisms using transcriptome profiling.

Abstract This study presents the first genome and transcriptome analyses for Fusarium oxysporum f.sp. lactucae (Fola) which causes Fusarium wilt disease of lettuce. Long-read genome sequencing of three race 1 (Fola1) and three race 4 (Fola4) isolates revealed key differences in putative effector complement between races and with other F. oxysporum f.spp. following mimp -based bioinformatic analyses. Notably, homologues of Secreted in Xylem ( SIX ) genes, also present in many other F. oxysporum f.spp, were identified in Fola, with both SIX9 and SIX14 (multiple copies with sequence variants) present in both Fola1 and Fola4. All Fola4 isolates also contained an additional single copy of SIX8 . RNAseq of lettuce following infection with Fola1 and Fola4 isolates identified highly expressed effectors, some of which were homologues of those reported in other F. oxysporum f.spp. including several in F. oxysporum f.sp. apii . Although SIX8 , SIX9 and SIX14 were all highly expressed in Fola4, of the two SIX genes present in Fola1, only SIX9 was expressed as further analysis revealed that copies of SIX14 gene copies were disrupted by insertion of a transposable element. Two variants of Fola4 were also identified based on different genome and effector-based analyses. This included two different SIX8 sequence variants which were divergently transcribed from a shared promoter with either PSE1 or PSL1 respectively. In addition there was evidence of two independent instances of HCT in the different Fola4 variants. The involvement of helitrons in Fola genome rearrangement and gene expression is discussed.

The Alternaria section alternaria ( A. alternata species group) represents a diverse group of saprotroph, human allergens and plant pathogens. Alternaria taxonomy has benefited from recent phylogenetic revision but the basis of differentiation between major phylogenetic clades within the group is not yet understood. Furthermore, genomic resources have been limited for the study of host-specific pathotypes. We report near complete genomes of the apple and Asian pear pathotypes as well as draft assemblies for a further 10 isolates representing Alternaria tenuissima and Alternaria arborescens lineages. These assemblies provide the first insights into differentiation of these taxa as well as allowing the description of effector and non-effector profiles of apple and pear conditionally dispensable chromosomes (CDCs). We define the phylogenetic relationship between the isolates sequenced in this study and a further 23 Alternaria spp. based on available genomes. We determine which of these genomes represent MAT1-1-1 or MAT1-2-1 idiomorphs and designate host-specific pathotypes. We show for the first time that the apple pathotype is polyphyletic, present in both the A. arborescens and A. tenuissima lineages. Furthermore, we profile a wider set of 89 isolates for both mating type idiomorphs and toxin gene markers. Mating-type distribution indicated that gene flow has occurred since the formation of A. tenuissima and A. arborescens lineages. We also developed primers designed to AMT14, a gene from the apple pathotype toxin gene cluster with homologs in all tested pathotypes. These primers allow identification and differentiation of apple, pear and strawberry pathotypes, providing new tools for pathogen diagnostics.

Abstract Lettuce is susceptible to a wide range of plant pathogens including the fungal pathogens Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum , causal agents of grey mould and lettuce drop, respectively. Chemical control is routinely used but there is an urgent need to develop varieties with enhanced resistance given the economic and environmental costs of preventative pesticide sprays, the prevalence of fungicide-resistant isolates of both pathogens in the field, and the increasing withdrawal of approved fungicides through legislation. Resistance against Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum is quantitative, governed by multiple small-medium impact loci, with plant responses involving large-scale transcriptional reprogramming. The elucidation of the gene regulatory networks (GRNs) mediating these responses will not only identify key transcriptional regulators but also interactions between regulators and show how the defence response is fine-tuned to a particular pathogen. We generated high-resolution (14 time points) time series expression data from lettuce leaves following mock-inoculation or inoculation with B. cinerea , capturing the dynamics of the transcriptional response to infection. Integrating this data with a time series dataset from S. sclerotiorum infection of lettuce identified a core set of 4362 genes similarly differentially expressed in response to both pathogens. Using the expression data for these core genes (with additional single time point data from 21 different lettuce accessions) we inferred a GRN underlying the lettuce defence response to these pathogens. Using the GRN, we have predicted and validated key regulators of lettuce immunity, identifying both positive (LsBOS1) and negative (LsNAC53) regulators of defence against B. cinerea , as well as downstream target genes. These data provide a high level of detail on defence-induced transcriptional change in a crop species and a GRN with the ability to predict transcription factors mediating disease resistance both in lettuce and other species.

The range of hosts that a parasite can infect in nature is a trait determined by its own evolutionary history and that of its potential hosts. However, knowledge on host range diversity and evolution at the family level is often lacking. Here, we investigate host range variation and diversification trends within the Sclerotiniaceae, a family of Ascomycete fungi. Using a phylogenetic framework, we associate diversification rates, the frequency of host jump events, and host range variation during the evolution of this family. Variations in diversification rate during the evolution of the Sclerotiniaceae define three major macro-evolutionary regimes with contrasted proportions of species infecting a broad range of hosts. Host-parasite co-phylogenetic analyses pointed towards parasite radiation on distant hosts long after host speciation (host jump or duplication events) as the dominant mode of association with plants in the Sclerotiniaceae. The intermediate macro-evolutionary regime showed a low diversification rate, high frequency of duplication events, and the highest proportion of broad host range species. Consistent with previous reports on oomycete parasites, our findings suggest that host jump and radiation, possibly combined with low speciation rates, could associate with the emergence of generalist pathogens. These results have important implications for our understanding of fungal parasites evolution and are of particular relevance for the durable management of disease epidemics.

Background: An understanding of plant pathogen evolution is important for sustainable management of crop diseases. Plant pathogen populations must maintain adequate heritable phenotypic variability to survive. Polymorphisms >= 50 bp, known as structural variants (SVs), could contribute strongly to this variability by disrupting gene activities. SV acquisition is largely driven by mobile genetic elements called transposons, though a less appreciated source of SVs is erroneous meiotic double-strand break repair. The relative impacts of transposons and recombination on SV diversity and the overall contribution of SVs to phenotypic variability is elusive, especially in host generalists. Results: We use 25 high quality genomes to create a graphical pan-genome of the globally distributed host-generalist crop pathogen Sclerotinia sclerotiorum. Outcrossing and recombination rates in this self-fertile species have been debated. Using bisulfite sequencing, and short read data from 190 strains, we show that S. sclerotiorum has many hallmarks of eukaryotic meiosis, including recombination hot and cold spots, centromeric and genic recombination suppression, and rapid linkage disequilibrium decay. Using a new statistic that captures average pairwise structural variation, we show that recombination and transposons make distinct contributions to SV diversity. Furthermore, despite only 5 % of genes being dispensable, SVs often had a stronger impact than other variants across 14 life history traits measured in 103 distinct strains. Conclusion: Transposons and recombination make distinct contributions to SV diversity in S. sclerotiorum. Despite limited gene content diversity, SVs may strongly impact phenotypic variability. This sheds light on the genomic forces shaping adaptive flexibility in host generalists.