In February 2016, a new fungal disease was spotted in wheat fields across eight districts in Bangladesh. The epidemic spread to an estimated 15,000 hectares, about 16 % of the cultivated wheat area in Bangladesh, with yield losses reaching up to 100 %. Within weeks of the onset of the epidemic, we performed transcriptome sequencing of symptomatic leaf samples collected directly from Bangladeshi fields. Reinoculation of seedlings with strains isolated from infected wheat grains showed wheat blast symptoms on leaves of wheat but not rice. Our phylogenomic and population genomic analyses revealed that the wheat blast outbreak in Bangladesh was most likely caused by a wheat-infecting South American lineage of the blast fungus Magnaporthe oryzae. Our findings suggest that genomic surveillance can be rapidly applied to monitor plant disease outbreaks and provide valuable information regarding the identity and origin of the infectious agent.

Wheat blast is a devastating fungal disease caused by a filamentous fungus, Magnaporthe oryzae Triticum (MoT) pathotype, which poses a serious threat to food security of South America and South Asia. In the course of screening novel bioactive secondary metabolites, we found that some secondary metabolites from a marine Bacillus subtilis strain 109GGC020 remarkably inhibited the growth of M. oryzae Triticum in vitro at 20 μg/disk. We tested a number of natural compounds derived from microorganisms and plants and found that five recently discovered linear non-cytotoxic lipopeptides, gageopeptides A-D (1-4) and gageotetrin B (5) from the strain 109GGC020 inhibited the growth of MoT mycelia in a dose-dependent manner. Among the five compounds studied, gageotetrin B (5) displayed the highest mycelial growth inhibition of MoT followed by gageopeptide C (3), gageopeptide D (4), gageopeptide A (1), and gageopeptide B (2) with minimum inhibitory concentrations (MICs) of 1.5, 2.5, 2.5, 10.0, and 10.0 μg/disk, respectively. Application of these natural compounds has also completely blocked formation of conidia in the MoT fungal mycelia in the agar medium. Further bioassay revealed that these compounds (1-5) inhibited the germination of MoT conidia and, if germinated, induced deformation of germ tube and/or abnormal appressoria. Interestingly, application of these linear lipopeptides (1-5) significantly suppressed wheat blast disease on detached wheat leaves. This is the first report of the inhibition of mycelial growth, conidiogenesis, conidial germination, and morphological alterations in the germinated conidia and suppression of wheat blast disease by linear lipopeptides from the strain of B. subtilis. A further study is needed to evaluate the mode of action of these natural compounds for considering them as biopesticides for managing this notorious cereal killer.

ABSTRACT Wheat, the most important food crop, is threatened by a blast disease pandemic. Here, we show that a clonal lineage of the wheat blast fungus recently spread to Asia and Africa following two independent introductions from South America. Through a combination of genome analyses and laboratory experiments, we show that the decade-old blast pandemic lineage can be controlled by the Rmg8 disease resistance gene and is sensitive to strobilurin fungicides. However, we also highlight the potential of the pandemic clone to evolve fungicide-insensitive variants and sexually recombine with African lineages. This underscores the urgent need for genomic surveillance to track and mitigate the spread of wheat blast outside of South America, and to guide pre-emptive wheat breeding for blast resistance.

Abstract Endophytic bacteria, recognized as eco-friendly biofertilizers, have demonstrated the potential to enhance crop growth and yield. While the plant growth-promoting effects of endophytic bacteria have been extensively studied, the impact of weed endophytes remains less explored. In this study, we aimed to isolate endophytic bacteria from native weeds and assess their plant growth-promoting abilities in rice under varying chemical fertilization. The evaluation encompassed measurements of mineral phosphate and potash solubilization, as well as indole-3-acetic acid (IAA) production activity by the selected isolates. Two promising strains, tentatively identified as Alcaligenes faecalis (BTCP01) from Eleusine indica (Goose grass) and Metabacillus indicus (BTDR03) from Cynodon dactylon (Bermuda grass) based on 16S rRNA gene phylogeny, exhibited noteworthy phosphate and potassium solubilization activity, respectively. BTCP01 demonstrated superior phosphate solubilizing activity, while BTDR03 exhibited the highest potassium (K) solubilizing activity. Both isolates synthesized IAA in the presence of L-tryptophan, with the detection of nifH and ipdC genes in their genomes. Application of isolates BTCP01 and BTDR03 through root dipping and spraying at the flowering stage significantly enhanced the agronomic performance of rice variety BRRI dhan29. Notably, combining both strains with 50% of recommended N, P, and K fertilizer doses led to a substantial increase in rice grain yields compared to control plants receiving 100% of recommended doses. Taken together, our results indicate that weed endophytic bacterial strains hold promise as biofertilizers, potentially reducing the dependency on chemical fertilizers by up to 50%, thereby fostering sustainable rice production.

The blast fungus Magnaporthe oryzae is comprised of lineages that exhibit varying degrees of specificity on about 50 grass hosts, including rice, wheat and barley. Reliable diagnostic tools are essential given that the pathogen has a propensity to jump to new hosts and spread to new geographic regions. Of particular concern is wheat blast, which has suddenly appeared in Bangladesh in 2016 before spreading to neighboring India. In these Asian countries, wheat blast strains are now co-occurring with the destructive rice blast pathogen raising the possibility of genetic exchange between these destructive pathogens. We assessed the recently described MoT3 diagnostic assay and found that it did not distinguish between wheat and rice blast isolates from Bangladesh. The assay is based on primers matching the WB12 sequence corresponding to a fragment of the M. oryzae MGG_02337 gene annotated as a short chain dehydrogenase. These primers could not reliably distinguish between wheat and rice blast isolates from Bangladesh based on DNA amplification experiments performed in separate laboratories in Bangladesh and in the UK. In addition, comparative genomics of the WB12 sequence revealed a complex underlying genetic structure with related sequences across M. oryzae strains and in both rice and wheat blast isolates. We, therefore, caution against the indiscriminate use of this assay to identify wheat blast.

In February 2016, a new fungal disease was spotted in wheat fields across eight districts in Bangladesh. The epidemic spread to an estimated 15,741 hectares, about 16% of cultivated wheat area in Bangladesh, with yield losses reaching up to 100%. Within weeks of the onset of the epidemic, we performed transcriptome sequencing of symptomatic leaf samples collected directly from Bangladeshi fields. Population genomics analyses revealed that the outbreak was caused by a wheat-infecting South American lineage of the blast fungus Magnaporthe oryzae. We show that genomic surveillance can be rapidly applied to monitor plant disease outbreaks and provide valuable information regarding the identity and origin of the infectious agent.