Summary Plant pathogens cause disease through secreted effector proteins, which act to modulate host physiology and promote infection. Typically, the sequences of effectors provide little functional information and further targeted experimentation is required. Here, we utilised a structure/function approach to study SnTox3, an effector from the necrotrophic fungal pathogen Parastagonospora nodorum , which causes cell death in wheat-lines carrying the sensitivity gene Snn3 . We developed a workflow for the production of SnTox3 in a heterologous host that enabled crystal structure determination. We show this approach can be successfully applied to effectors from other pathogenic fungi. Complementing this, an in-silico study uncovered the prevalence of an expanded subclass of effectors from fungi. The β-barrel fold of SnTox3 is a novel fold among fungal effectors. We demonstrate that SnTox3 is a pre-pro-protein and that the protease Kex2 removes the pro-domain. Our in-silico studies suggest that Kex2-processed pro-domain (designated here as K2PP) effectors are common in fungi, and we demonstrate this experimentally for effectors from Fusarium oxysporum f sp. lycopersici . We propose that K2PP effectors are highly prevalent among fungal effectors. The identification and classification of K2PP effectors has broad implications for the approaches used to study their function in fungal virulence.

Abstract Effectors are a key part of the arsenal of plant pathogenic fungi and promote pathogen virulence and disease. Effectors typically lack sequence similarity to proteins with known functional domains and motifs, limiting our ability to predict their functions and understand how they are recognised by plant hosts. As a result, cross-disciplinary approaches involving structural biology and protein biochemistry are often required to decipher and better characterise effector function. These approaches are reliant on high yields of relatively pure protein, which often requires protein production using a heterologous expression system. For some effectors, establishing an efficient production system can be difficult, particularly those that require multiple disulfide bonds to achieve their naturally folded structure. Here, we describe the use of a co-expression system within the heterologous host E. coli termed CyDisCo (cytoplasmic disulfide bond formation in E. coli ) to produce disulfide bonded fungal effectors. We demonstrate that CyDisCo and a naturalised co-expression approach termed FunCyDisCo (Fungi-CyDisCo) can significantly improve the production yields of numerous disulfide bonded effectors from diverse fungal pathogens. The ability to produce large quantities of functional recombinant protein has facilitated functional studies and crystallisation of several of these reported fungal effectors. We suggest this approach could be useful when investigating the function and recognition of a broad range of disulfide-bond containing effectors.

Plants have intricate innate immune receptors that detect pathogens. Research has intensely focused on two receptor classes recognizing external and internal threats. Recent research has identified a new class of disease resistance proteins called tandem kinase proteins (TKPs). We investigated RWT4, a wheat TKP that confers resistance to the devastating fungal pathogen Magnaporthe oryzae . We established a rice protoplast system, revealing RWT4 specifically recognizes the AvrPWT4 effector, leading to the transcription of defense genes and inducing cell death. RWT4 possesses both kinase and pseudokinase domains, with its kinase activity essential for defense. RWT4 directly interacts with and transphosphorylates AvrPWT4. Biolayer interferometry revealed both RWT4 domains bind the effector. AlphaFold multimer modeling identified critical regions of RWT4 for effector interaction and recognition. These findings demonstrate that TKPs can directly bind a recognized effector and may act as primary immune receptors, circumventing traditional immune pathways.