Abstract Background We describe novel plasmid vectors for transient gene expression using Agrobacterium , infiltrated into Nicotiana benthamiana leaves. We have generated a series of pGreenII cloning vectors that are ideally suited to transient gene expression, by removing elements of conventional binary vectors necessary for stable transformation such as transformation selection genes. Results We give an example of expression of heme-thiolate P450 to demonstrate effectiveness of this system. We have also designed vectors that take advantage of a dual luciferase assay system to analyse promoter sequences or post-transcriptional regulation of gene expression. We have demonstrated their utility by co-expression of putative transcription factors and the promoter sequence of potential target genes and show how orthologous promoter sequences respond to these genes. Finally, we have constructed a vector that has allowed us to investigate design features of hairpin constructs related to their ability to initiate RNA silencing, and have used these tools to study cis -regulatory effect of intron-containing gene constructs. Conclusion In developing a series of vectors ideally suited to transient expression analysis we have provided a resource that further advances the application of this technology. These minimal vectors are ideally suited to conventional cloning methods and we have used them to demonstrate their flexibility to investigate enzyme activity, transcription regulation and post-transcriptional regulatory processes in transient assays.

The origins of crop diseases are linked to domestication of plants. Most crops were domesticated centuries – even millennia – ago, thus limiting opportunity to understand the concomitant emergence of disease. Kiwifruit (Actinidia spp.) is an exception: domestication began in the 1930s with outbreaks of canker disease caused by P. syringae pv. actinidiae (Psa) first recorded in the 1980s. Based on SNP analyses of two circularized and 34 draft genomes, we show that Psa is comprised of distinct clades exhibiting negligible within-clade diversity, consistent with disease arising by independent samplings from a source population. Three clades correspond to their geographical source of isolation; a fourth, encompassing the Psa-V lineage responsible for the 2008 outbreak, is now globally distributed. Psa has an overall clonal population structure, however, genomes carry a marked signature of within-pathovar recombination. SNP analysis of Psa-V reveals hundreds of polymorphisms; however, most reside within PPHGI-1-like conjugative elements whose evolution is unlinked to the core genome. Removal of SNPs due to recombination yields an uninformative (star-like) phylogeny consistent with diversification of Psa-V from a single clone within the last ten years. Growth assays provide evidence of cultivar specificity, with rapid systemic movement of Psa-V in Actinidia chinensis. Genomic comparisons show a dynamic genome with evidence of positive selection on type III effectors and other candidate virulence genes. Each clade has highly varied complements of accessory genes encoding effectors and toxins with evidence of gain and loss via multiple genetic routes. Genes with orthologs in vascular pathogens were found exclusively within Psa-V. Our analyses capture a pathogen in the early stages of emergence from a predicted source population associated with wild Actinidia species. In addition to candidate genes as targets for resistance breeding programs, our findings highlight the importance of the source population as a reservoir of new disease.

Abstract The complete genome of Pseudomonas syringae pv. actinidifoliorum ICMP18803 (Pfm) was sequenced using the Oxford Nanopore minION platform to an average read depth of 123. The genome assembled into a single chromosome of 6,353,853 bp after error-correction with Illumina short reads using Pilon. The complement of effector genes from a P. syringae pathovar plays the predominant role in defining its pathogenicity. Automatic gene annotation pipelines often poorly identify and name effector genes, however. Despite Pfm being a relatively weak pathogen of kiwifruit, a set of 31 effectors, 26 of which were full length, was identified by mapping the comprehensive effector library generated by Dillon et al. (2019). The Pfm genome with the effector complement, correctly named and annotated was resubmitted to Genbank ( CP081457 ).

Summary A pandemic isolate of Pseudomonas syringae pv. actinidiae biovar 3 (Psa3) has devastated kiwifruit orchards growing cultivars of Actinidia chinensis . In contrast, A. arguta (kiwiberry) is resistant to Psa3. This resistance is mediated via effector-triggered immunity, as demonstrated by induction of the hypersensitive response in infected A. arguta leaves, observed by microscopy and quantified by ion-leakage assays. Isolates of Psa3 that cause disease in A. arguta have been isolated and analyzed, revealing a 49 kb deletion in the exchangeable effector locus (EEL). This natural EEL-mutant isolate and strains with synthetic knockouts of the EEL were more virulent in A. arguta plantlets than wild-type Psa3. Screening of a complete library of Psa3 effector knockout strains identified increased growth in planta for knockouts of four effectors – AvrRpm1a, HopF1c, HopZ5a, and the EEL effector HopAW1a – suggesting a resistance response in A. arguta . Hypersensitive response (HR) assays indicate that three of these effectors trigger a host species-specific HR. A Psa3 strain with all four effectors knocked out escaped host recognition, but a cumulative increase in bacterial pathogenicity and virulence was not observed. These avirulence effectors can be used in turn to identify the first cognate resistance genes in Actinidia for breeding durable resistance into future kiwifruit cultivars.

Vegetative incompatibility is a fungal allorecognition system characterised by the inability of genetically distinct conspecific fungal strains to form a viable heterokaryon, and is controlled by multiple polymorphic loci termed vic (vegetative incompatibility) or het (heterokaryon incompatibility). We have genetically identified and characterised the first vic locus in the economically important, plant-pathogenic, necrotrophic fungus Botrytis cinerea. A bulked segregant approach coupled with whole genome Illumina sequencing in near-isogenic lines of B. cinerea was used to map a 60-kb genomic region for a vic locus. Within that locus, we identified two adjacent, highly polymorphic open reading frames, Bcvic1 and Bcvic2, which encode predicted proteins that contain domain architectures implicated in vegetative incompatibility in other filamentous fungi. Bcvic1 encodes a predicted protein containing a putative serine esterase domain, a NACHT family of NTPases domain, and several Ankyrin repeats. Bcvic2 encodes a putative syntaxin protein containing a SNARE domain; such proteins typically function in vesicular transport. Deletion of Bcvic1 and Bcvic2 individually had no effect on vegetative incompatibility. However, deletion of the region containing both Bcvic1 and Bcvic2 resulted in mutant lines that were severely restricted in growth and showed loss of vegetative incompatibility. Complementation of these mutants by ectopic expression restored the growth and vegetative incompatibility phenotype, indicating that Bcvic1 and Bcvic2 are controlling vegetative incompatibility at this vic locus.

Summary Pseudomonas syringae pv. actinidiae ICMP 18884 biovar 3 ( Psa3 ) produces necrotic lesions during infection of its kiwifruit host. Bacterial growth in planta and lesion formation are dependent upon a functional type III secretion system (T3S), which translocates multiple effector proteins into host cells. Associated with the T3S locus is the conserved effector locus (CEL), which has been characterised and shown to be essential for the full virulence in other P. syringae pathovars. Two effectors at the CEL, hopM1 and avrE1 , as well as an avrE1 -related non-CEL effector, hopR1 , have been shown to be redundant in the model pathogen P. syringae pv. tomato DC3000 ( Pto ), a close relative of Psa . However, it is not known whether CEL-related effectors are required for Psa pathogenicity. The Psa3 allele of hopM1 , and its associated chaperone, shcM , have diverged significantly from their orthologs in Pto . Furthermore, the CEL effector hopAA1-1 , as well as a related non-CEL effector, hopAA1-2 , have both been pseudogenised. We have shown that HopM1 does not contribute to Psa3 virulence due to a truncation in shcM , a truncation conserved in the Psa lineage, likely due to the need to evade HopM1-triggered immunity in kiwifruit. We characterised the virulence contribution of CEL and related effectors in Psa3 and found that only avrE1 and hopR1 , additively, are required for in planta growth and lesion production. This is unlike the redundancy described for these effectors in Pto and indicates that these two Psa3 genes are key determinants essential for kiwifruit bacterial canker disease.

Summary Testing effector-knockout strains of the Pseudomonas syringae pv. actinidiae biovar 3 (Psa3) for reduced in planta growth in their native kiwifruit host revealed a number of non- redundant effectors that contribute to Psa3 pathogenicity. Conversely, complementation in the weak kiwifruit pathogen P. syringae pv. actinidifoliorum (Pfm) for increased growth identified redundant Psa3 effectors. Psa3 effectors hopAZ1a and HopS2b and the entire exchangeable effector locus ( ΔEEL ; 10 effectors) were significant contributors to bacterial colonisation of the host and were additive in their effects on pathogenicity. Four of the EEL effectors (HopD1a, AvrB2b, HopAW1a, and HopD2a) redundantly contribute to pathogenicity through suppression of pattern-triggered immunity (PTI). Important Psa3 effectors include several redundantly required effectors early in the infection process (HopZ5a, HopH1a, AvrPto1b, AvrRpm1a, and HopF1e). These largely target the plant immunity hub, RIN4. This comprehensive effector profiling revealed that Psa3 carries robust effector redundancy for a large portion of its effectors, covering a few functions critical to disease.

ABSTRACT The common polysaccharide antigen (CPA) from the lipopolysaccharide (LPS) component of cell walls from the species complex Pseudomonas syringae is highly variable both in structure and immunological specificity, but the genetic basis for this is not well understood. We have characterised the CPA locus from P. syringae pv. actinidiae ( Psa ). This locus has a modular structure with genes for both L- and D- rhamnose (Rha) biosynthesis and that of an unknown sugar. It also contains an operon coding for ABC transporter subunits, a bifunctional glycosyltransferase and an O-methyltransferase. This operon is predicted to have a role in t ransport, e longation and t ermination of the Rha backbone of the CPA oligosaccharide and is referred to as the TET operon. This is the first report of the identification of this operon in P. syringae . Two alleles of the TET operon were present amongst the different biovars of Psa and lineages of the closely related pathovar P. syringae pv. actinidifoliorum . This allelic variation was reflected in the electrophoretic properties of purified LPS from the different isolates. Gene knockout of the TET operon allele from biovar 1 and replacement with that from biovar 3, demonstrated the link between the genetic locus and the electrophoretic and immunogenic properties of the LPS molecules in Psa . Sequence analysis of the TET operon from a wide range of P. syringae and P. viridiflava isolates displayed a phylogenetic history which is incongruent with core gene phylogeny, but correlates with previously reported tailocin sensitivity, suggesting a functional relationship between LPS structure and tailocin susceptibility.

Abstract European canker, caused by the necrotrophic fungal phytopathogen Neonectria ditissima , is one of the most damaging apple diseases worldwide. An understanding of the molecular basis of N. ditissima virulence is currently lacking. Identification of genes with an up-regulation of expression during infection, which are therefore probably involved in virulence, is a first step towards this understanding. Real-time quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR) can be used to identify these candidate virulence genes, but relies on the use of reference genes for relative gene expression data normalisation. However, no report that addresses selecting appropriate fungal reference genes for use in the N. ditissima -apple pathosystem has been published to date. In this study, eight N. ditissima genes were selected as candidate qRT-PCR reference genes for gene expression analysis. A subset of the primers (six) designed to amplify regions from these genes were specific for N. ditissima , failing to amplify PCR products with template from other fungal pathogens present in the apple orchard. The efficiency of amplification of these six primer sets was satisfactory, ranging from 81.8 to 107.53%. Analysis of expression stability when a highly pathogenic N. ditissima isolate was cultured under 10 regimes, using the statistical algorithms geNorm, NormFinder and BestKeeper, indicated that actin and myo-inositol-1-phosphate synthase ( mips ), or their combination, could be utilised as the most suitable reference genes for normalisation of N. ditissima gene expression. As a test case, these reference genes were used to study expression of three candidate virulence genes during a time course of infection. All three, which shared traits with fungal effector genes, had up-regulated expression in planta compared to in vitro with expression peaking between five and six weeks post inoculation (wpi). Thus, these three genes may well be involved in N. ditissima pathogenicity and are priority candidates for further functional characterization.

Tomato leaf mould disease is caused by the biotrophic fungus Cladosporium fulvum. During infection, C. fulvum produces extracellular small secreted protein (SSP) effectors that function to promote colonization of the leaf apoplast. Resistance to the disease is governed by Cf immune receptor genes that encode receptor-like proteins (RLPs). These RLPs recognize specific SSP effectors to initiate a hypersensitive response (HR) that renders the pathogen avirulent. C. fulvum strains capable of overcoming one or more of all cloned Cf genes have now emerged. To combat these strains, new Cf genes are required. An effectoromics approach was employed to identify wild tomato accessions carrying new Cf genes. Proteomics and transcriptome sequencing were first used to identify 70 apoplastic in planta-induced C. fulvum SSPs. Based on sequence homology, 61 of these SSPs were novel or lacked known functional domains. Seven, however, had predicted structural homology to antimicrobial proteins, suggesting a possible role in mediating antagonistic microbe-microbe interactions in planta. Wild tomato accessions were then screened for HR-associated recognition of 41 SSPs using the Potato virus X-based transient expression system. Nine SSPs were recognized by one or more accessions, suggesting that these plants carry new Cf genes available for incorporation into cultivated tomato.