Summary Leaf mould, caused by Fulvia fulva , is a devastating disease of tomato plants. In many commercial tomato cultivars, resistance to this disease is governed by the Cf-9 locus, which comprises five paralogous genes ( Cf-9A–9E ) that encode receptor-like proteins. Two of these proteins contribute to resistance: Cf-9C recognizes the previously identified F. fulva effector Avr9 and provides resistance during all plant growth stages, while Cf-9B recognises the yet-unidentified F. fulva effector Avr9B and provides mature plant resistance only. In recent years, F. fulva strains have emerged that have overcome the Cf-9 locus, with Cf-9C circumvented through Avr9 deletion. To understand how Cf-9B is circumvented, we set out to identify Avr9B . Comparative genomics, in planta transient expression assays and gene complementation experiments were used to identify Avr9B , while gene sequencing was used to assess Avr9B allelic variation across a worldwide strain collection. A strict correlation between Avr9 deletion and resistance-breaking mutations in Avr9B was observed in strains recently collected from Cf-9 cultivars, whereas Avr9 deletion but no mutations in Avr9B were observed in older strains. This research showcases how F. fulva has evolved to sequentially break down the two functional resistance genes of the complex Cf-9 locus and highlights that this locus now has limited value for controlling leaf mould disease in worldwide commercial tomato production.

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.

Abstract Background Scab, or black spot, caused by the filamentous fungal pathogen Venturia inaequalis , is the most economically important disease of apple ( Malus x domestica ) worldwide. To develop durable control strategies against this disease, a better understanding of the genetic mechanisms underlying the growth, reproduction, virulence and pathogenicity of V. inaequalis is required. A major bottleneck for the genetic characterization of V. inaequalis is the inability to easily delete or disrupt genes of interest using homologous recombination. Indeed, no gene deletions or disruptions in V. inaequalis have yet been published. Recently, CRISPR-Cas9 has emerged as an efficient tool for gene editing in filamentous fungi. With this in mind, we set out to establish CRISPR-Cas9 as a gene editing tool in V. inaequalis . Results We showed that CRISPR-Cas9 can be used for gene inactivation in the apple scab fungus. As a proof of concept, we targeted the melanin biosynthesis pathway gene trihydroxynaphthalene reductase ( THN ), which has previously been shown to result in a light-brown colony phenotype when transcriptionally silenced using RNA interference. Using one of two CRISPR-Cas9 single guide RNAs (sgRNAs) targeted to the THN gene, delivered by a single autonomously replicating Golden Gate-compatible plasmid, we were able to identify six of 36 stable transformants with a light-brown phenotype, indicating an ~ 16.7% gene inactivation efficiency. Notably, of these six THN mutants, five had an independent mutation. As part of our pipeline, we also report a high-resolution melting (HRM) curve protocol for the rapid detection of CRISPR-Cas9 gene-edited mutants of V. inaequalis . This protocol identified a single base pair deletion mutation in a sample containing only 5% mutant genomic DNA, indicating high sensitivity for mutant screening. Conclusions In establishing CRISPR-Cas9 as a tool for gene editing in V. inaequalis , we have provided a strong starting point for studies aiming to decipher the function of genes associated with the growth, reproduction, virulence and pathogenicity of this fungus. The associated HRM curve protocol will enable CRISPR-Cas9 transformants to be screened for gene inactivation in a high-throughput and low-cost manner, which will be particularly powerful in cases where the CRISPR-Cas9-mediated gene inactivation efficiency is low.

Summary Leaf mould, caused by Fulvia fulva , is a devastating disease of tomato plants. In many commercial tomato cultivars, resistance to this disease is governed by the Cf‐9 locus, which encodes five paralogous receptor‐like proteins. Two of these proteins confer resistance: Cf‐9C recognises the previously identified F. fulva effector Avr9 and provides resistance during all plant growth stages, while Cf‐9B recognises the yet‐unidentified F. fulva effector Avr9B and provides mature plant resistance only. In recent years, F. fulva strains have emerged that can overcome the Cf‐9 locus, with Cf‐9C circumvented through Avr9 deletion. To understand how Cf‐9B is circumvented, we set out to identify Avr9B . Comparative genomics, transient expression assays and gene complementation experiments were used to identify Avr9B , while gene sequencing was used to assess Avr9B allelic variation across a world‐wide strain collection. A strict correlation between Avr9 deletion and resistance‐breaking mutations in Avr9B was observed in strains recently collected from Cf‐9 cultivars, whereas Avr9 deletion but no mutations in Avr9B were observed in older strains. This research showcases how F. fulva has evolved to sequentially break down the Cf‐9 locus and stresses the urgent need for commercial tomato cultivars that carry novel, stacked resistance genes active against this pathogen.

Abstract Forests are under threat from pests, pathogens, and changing climate. One of the major forest pathogens worldwide is Dothistroma septosporum , which causes dothistroma needle blight (DNB) of pines. D. septosporum is a hemibiotrophic fungus related to well-studied Dothideomycete pathogens, such as Cladosporium fulvum . These pathogens use small secreted proteins, termed effectors, to facilitate the infection of their hosts. The same effectors, however, can be recognised by plants carrying corresponding immune receptors, resulting in resistance responses. Hence, effectors are increasingly being exploited to identify and select disease resistance in crop species. In gymnosperms, however, such research is scarce. We predicted and investigated apoplastic D. septosporum candidate effectors (DsCEs) using bioinformatics and plant-based experiments. We discovered secreted proteins that trigger cell death in the angiosperm Nicotiana spp., suggesting their recognition by immune receptors in non-host plants. In a first for foliar forest pathogens, we also developed a novel protein infiltration method to show that tissue-cultured pine shoots can respond with a cell death response to one of our DsCEs, as well as to a reference cell death-inducing protein. These results contribute to our understanding of forest pathogens and may ultimately provide clues to disease immunity in both commercial and natural forests.

Venturia nashicola, which causes scab disease of Asian pear, is a host-specific, biotrophic fungus, with a sexual stage that occurs during saprobic growth. V. nashicola is endemic to Asia and is regarded as a quarantine threat to Asian pear production outside of this continent. Currently, fungicide applications are routinely used to control scab disease. However, fungicide resistance in V. nashicola, as in other fungal pathogens, is an ongoing challenge and alternative control or prevention measures that include, for example, the deployment of durable host resistance, are required. A close relative of V. nashicola, V. pirina, causes scab disease of European pear. European pear displays non-host resistance (NHR) to V. nashicola and Asian pears are non-hosts of V. pirina. It is anticipated that the host specificity of these two fungi is governed by differences in their effector arsenals, with a subset responsible for activating NHR. The Pyrus-Venturia pathosystems provide a unique opportunity to dissect the underlying genetics of non-host interactions and to understand coevolution in relation to this potentially more durable form of resistance. Here, we present the first V. nashicola draft whole genome sequence (WGS), which is made up of 40,800 scaffolds (totalling 45 Mb) and 11,094 predicted genes. Of these genes, 1,232 are predicted to encode a secreted protein by SignalP, with 273 of these predicted to be effectors by EffectorP. The V. nashicola WGS will enable comparison to the WGSs of other Venturia spp. to identify effectors that potentially activate NHR in the pear scab pathosystems.

Although lipid signaling has been shown to serve crucial roles in mammals and plants, little is known about this process in filamentous fungi. Here we analyse the contribution of phospholipase D (PLD) and its product phosphatidic acid (PA) in hyphal morphogenesis and growth of Epichloë festucae and Neurospora crassa , and in the establishment of a symbiotic interaction between E. festucae and Lolium perenne . Growth of E. festucae and N. crassa PLD deletion strains in axenic culture, and for E. festucae in association with L. perenne , were analysed by light-, confocal- and electron microscopy. Changes in PA distribution were analysed in E. festucae using a PA biosensor and the impact of these changes on endocytic recycling and superoxide production investigated. We found that E. festucae PldB and the N. crassa ortholog, PLA-7, are required for polarized growth, cell fusion and ascospore development, whereas PldA/PLA-8 are dispensable for these functions. Exogenous addition of PA rescues the cell-fusion phenotype in E. festucae . PldB is also crucial for E. festucae to establish a symbiotic association with L. perenne . This study identifies a new component of the cell-cell communication and cell fusion signaling network that controls hyphal morphogenesis and growth in filamentous fungi.

Epichloë festucae is an endophytic fungus that forms a mutualistic symbiotic association with Lolium perenne . Here we analysed how the metabolome of the ryegrass apoplast changed upon infection of this host with sexual and asexual isolates of E. festucae . A metabolite fingerprinting approach was used to analyse the metabolite composition of apoplastic wash fluid from non-infected and infected L. perenne . Metabolites enriched or depleted in one or both of these treatments were identified using a set of interactive tools. A genetic approach in combination with tandem mass spectrometry was used to identify a novel product of a secondary metabolite gene cluster. Metabolites likely to be present in the apoplast were identified using the MarVis Pathway in combination with the BioCyc and KEGG databases, and an in-house Epichloë metabolite database. We were able to identify the known endophyte-specific metabolites, peramine and epichloëcyclins, as well as a large number of unknown markers. To determine whether these methods can be applied to the identification of novel Epichloë -derived metabolites, we deleted a gene encoding a NRPS ( lgsA ) that is highly expressed in planta . Comparative mass spectrometric analysis of apoplastic wash fluid from wild-type- versus mutant- infected plants identified a novel Leu/Ile glycoside metabolite present in the former.

Abstract Dothistroma septosporum (Ds) and Fulvia fulva (Ff; previously called Cladosporium fulvum) are two closely related Dothideomycete fungal species that cause Dothistroma needle blight in pine and leaf mold in tomato, respectively. During host colonization, these pathogens secrete virulence factors termed effectors to promote infection. In the presence of corresponding host immune receptors, however, these effectors activate plant defenses, including a localized cell death response that halts pathogen growth. We identified two effector protein families, Ecp20 and Ecp32, which are conserved between the two pathogens. The Ecp20 family has four paralogues in both species, while the Ecp32 family has four paralogues in D. septosporum and five in F. fulva. Both families have members that are highly expressed during host infection. Members of the Ecp20 family have predicted structural similarity to proteins with a β-barrel fold, including the Alt a 1 allergen from Alternaria alternata, while members of the Ecp32 family have predicted structural similarity to proteins with a β-trefoil fold, such as trypsin inhibitors and lectins. Using Agrobacterium tumefaciens-mediated transient transformation assays, each family member was assessed for its ability to trigger cell death in leaves of the non-host species Nicotiana benthamiana and N. tabacum. Using this approach, FfEcp20-2, DsEcp20-3 and FfEcp20-3 from the Ecp20 family, and all members from the Ecp32 family, except for the Ds/FfEcp32-4 pair, triggered cell death in both species. This cell death was dependent on secretion of the effectors to the apoplast. In line with recognition by an extracellular immune receptor, cell death triggered by Ds/FfEcp20-3 and FfEcp32-3 was compromised in N. benthamiana silenced for BAK1 or SOBIR1, which encode extracellular co-receptors involved in transducing defense response signals following apoplastic effector recognition. We then investigated whether DsEcp20-3 and DsEcp20-4 triggered cell death in the host species Pinus radiata by directly infiltrating purified protein into pine needles. Strikingly, as in the non-host species, DsEcp20-3 triggered cell death, while DsEcp20-4 did not. Collectively, our study describes two new candidate effector families with cell death-eliciting activity from D. septosporum and F. fulva and provides evidence that members of these families are recognized by plant immune receptors.

Abstract Scab, caused by the biotrophic fungal pathogen Venturia inaequalis , is the most economically important disease of apples. During infection, V. inaequalis colonizes the subcuticular host environment, where it develops specialized infection structures called runner hyphae and stromata. These structures are thought to be involved in nutrient acquisition and effector (virulence factor) delivery, but also give rise to conidia that further the infection cycle. Despite their importance, very little is known about how these structures are differentiated. Likewise, nothing is known about how these structures are protected from host defences or recognition by the host immune system. To better understand these processes, we first performed a glycosidic linkage analysis of sporulating tubular hyphae from V. inaequalis developed in culture. This analysis revealed that the V. inaequalis cell wall is mostly composed of glucans (44%) and mannans (37%), whereas chitin represents a much smaller proportion (4%). Next, we used transcriptomics and confocal laser scanning microscopy to provide insights into the cell wall carbohydrate composition of runner hyphae and stromata. These analyses revealed that, during subcuticular host colonization, genes of V. inaequalis putatively associated with the biosynthesis of immunogenic carbohydrates, such as chitin and β-1,6-glucan, are down-regulated relative to growth in culture, while on the surface of runner hyphae and stromata, chitin is deacetylated to the less immunogenic carbohydrate, chitosan. These changes are anticipated to enable the subcuticular differentiation of runner hyphae and stromata by V. inaequalis , as well as to protect these structures from host defences and recognition by the host immune system. Importance Plant-pathogenic fungi are a major threat to food security. Among these are subcuticular pathogens, which often cause latent asymptomatic infections, making them difficult to control. A key feature of these pathogens is their ability to differentiate specialized subcuticular infection structures that, to date, remain largely understudied. This is typified by Venturia inaequalis , which causes scab, the most economically important disease of apples. In this study, we show that, during subcuticular host colonization, V. inaequalis down-regulates genes associated with the biosynthesis of two immunogenic cell wall carbohydrates, chitin and β-1,6-glucan, and coats its infection structures with a less-immunogenic carbohydrate, chitosan. These changes are anticipated to enable subcuticular host colonization by V. inaequalis and provide a foundation for understanding subcuticular host colonization by other plant-pathogenic fungi. Such an understanding is important, as it may inform the development of novel control strategies against subcuticular plant-pathogenic fungi.