The Munich Information Center for Protein Sequences (MIPS-GSF), Martinsried, near Munich, Germany, continues its longstanding tradition to develop and maintain high quality curated genome databases. In addition, efforts have been intensified to cover the wealth of complete genome sequences in a systematic, comprehensive form. Bioinformatics, supporting national as well as European sequencing and functional analysis projects, has resulted in several up-to-date genome-oriented databases. This report describes growing databases reflecting the progress of sequencing the Arabidopsis thaliana (MATDB) and Neurospora crassa genomes (MNCDB), the yeast genome database (MYGD) extended by functional analysis data, the database of annotated human EST-clusters (HIB) and the database of the complete cDNA sequences from the DHGP (German Human Genome Project). It also contains information on the up-to-date database of complete genomes (PEDANT), the classification of protein sequences (ProtFam) and the collection of protein sequence data within the framework of the PIR-International Protein Sequence Database. These databases can be accessed through the MIPS WWW server (http://www. mips.biochem.mpg.de ).

Ustilago maydis is an important fungal pathogen of maize, causing corn smut. It is well adapted to its host and proliferates in living plant tissue without inducing a defence response. The genome sequence of U. maydis has now been determined, the first for a biotrophic plant parasite. Several gene clusters that encode secreted proteins of unknown function were identified: genome-wide expression analysis shows that the clustered genes are upregulated during disease. Mutations in these gene clusters frequently affect virulence, ranging from complete loss of pathogenicity to hypervirulence. Ustilago maydis is a ubiquitous pathogen of maize and a well-established model organism for the study of plant–microbe interactions1. This basidiomycete fungus does not use aggressive virulence strategies to kill its host. U. maydis belongs to the group of biotrophic parasites (the smuts) that depend on living tissue for proliferation and development2. Here we report the genome sequence for a member of this economically important group of biotrophic fungi. The 20.5-million-base U. maydis genome assembly contains 6,902 predicted protein-encoding genes and lacks pathogenicity signatures found in the genomes of aggressive pathogenic fungi, for example a battery of cell-wall-degrading enzymes. However, we detected unexpected genomic features responsible for the pathogenicity of this organism. Specifically, we found 12 clusters of genes encoding small secreted proteins with unknown function. A significant fraction of these genes exists in small gene families. Expression analysis showed that most of the genes contained in these clusters are regulated together and induced in infected tissue. Deletion of individual clusters altered the virulence of U. maydis in five cases, ranging from a complete lack of symptoms to hypervirulence. Despite years of research into the mechanism of pathogenicity in U. maydis, no ‘true’ virulence factors3 had been previously identified. Thus, the discovery of the secreted protein gene clusters and the functional demonstration of their decisive role in the infection process illuminate previously unknown mechanisms of pathogenicity operating in biotrophic fungi. Genomic analysis is, similarly, likely to open up new avenues for the discovery of virulence determinants in other pathogens.

We sequenced and annotated the genome of the filamentous fungus Fusarium graminearum , a major pathogen of cultivated cereals. Very few repetitive sequences were detected, and the process of repeat-induced point mutation, in which duplicated sequences are subject to extensive mutation, may partially account for the reduced repeat content and apparent low number of paralogous (ancestrally duplicated) genes. A second strain of F. graminearum contained more than 10,000 single-nucleotide polymorphisms, which were frequently located near telomeres and within other discrete chromosomal segments. Many highly polymorphic regions contained sets of genes implicated in plant-fungus interactions and were unusually divergent, with higher rates of recombination. These regions of genome innovation may result from selection due to interactions of F. graminearum with its plant hosts.

The fungus Fusarium fujikuroi causes “bakanae” disease of rice due to its ability to produce gibberellins (GAs), but it is also known for producing harmful mycotoxins. However, the genetic capacity for the whole arsenal of natural compounds and their role in the fungus' interaction with rice remained unknown. Here, we present a high-quality genome sequence of F. fujikuroi that was assembled into 12 scaffolds corresponding to the 12 chromosomes described for the fungus. We used the genome sequence along with ChIP-seq, transcriptome, proteome, and HPLC-FTMS-based metabolome analyses to identify the potential secondary metabolite biosynthetic gene clusters and to examine their regulation in response to nitrogen availability and plant signals. The results indicate that expression of most but not all gene clusters correlate with proteome and ChIP-seq data. Comparison of the F. fujikuroi genome to those of six other fusaria revealed that only a small number of gene clusters are conserved among these species, thus providing new insights into the divergence of secondary metabolism in the genus Fusarium. Noteworthy, GA biosynthetic genes are present in some related species, but GA biosynthesis is limited to F. fujikuroi, suggesting that this provides a selective advantage during infection of the preferred host plant rice. Among the genome sequences analyzed, one cluster that includes a polyketide synthase gene (PKS19) and another that includes a non-ribosomal peptide synthetase gene (NRPS31) are unique to F. fujikuroi. The metabolites derived from these clusters were identified by HPLC-FTMS-based analyses of engineered F. fujikuroi strains overexpressing cluster genes. In planta expression studies suggest a specific role for the PKS19-derived product during rice infection. Thus, our results indicate that combined comparative genomics and genome-wide experimental analyses identified novel genes and secondary metabolites that contribute to the evolutionary success of F. fujikuroi as a rice pathogen.

From Blight to Powdery Mildew Pathogenic effects of microbes on plants have widespread consequences. Witness, for example, the cultural upheavals driven by potato blight in the 1800s. A variety of microbial pathogens continue to afflict crop plants today, driving both loss of yield and incurring the increased costs of control mechanisms. Now, four reports analyze microbial genomes in order to understand better how plant pathogens function (see the Perspective by Dodds ). Raffaele et al. (p. 1540 ) describe how the genome of the potato blight pathogen accommodates transfer to different hosts. Spanu et al. (p. 1543 ) analyze what it takes to be an obligate biotroph in barley powdery mildew, and Baxter et al. (p. 1549 ) ask a similar question for a natural pathogen of Arabidopsis . Schirawski et al. (p. 1546 ) compared genomes of maize pathogens to identify virulence determinants. Better knowledge of what in a genome makes a pathogen efficient and deadly is likely to be useful for improving agricultural crop management and breeding.

Recombination shapes the evolutionary trajectory of populations and plays an important role in the faithful transmission of chromosomes during meiosis. Levels of sexual reproduction and recombination are important properties of host-pathogen interactions because the speed of antagonistic co-evolution depends on the ability of hosts and pathogens to generate genetic variation. However, our understanding of the importance of recombination is limited because large taxonomic groups remain poorly investigated. Here, we analyze recombination rate variation in the basidiomycete fungus Armillaria ostoyae, which is an aggressive pathogen on a broad range of conifers and other trees. We constructed a dense genetic map using 198 single basidiospore progeny from a cross. Progeny were genotyped at a genome-wide set of single nucleotide polymorphism (SNP) markers using double digest restriction site associated DNA sequencing (ddRADseq). Based on a linkage map of on 11,700 SNPs spanning 1007.5 cM, we assembled genomic scaffolds into 11 putative chromosomes of a total genome size of 56.6 Mb. We identified 1984 crossover events among all progeny and found that recombination rates were highly variable along chromosomes. Recombination hotspots tended to be in regions close to the telomeres and were more gene-poor than the genomic background. Genes in proximity to recombination hotspots were encoding on average shorter proteins and were enriched for pectin degrading enzymes. Our analyses enable more powerful population and genome-scale studies of a major tree pathogen.

Ramularia Leaf Spot (RLS) has emerged as a threat for barley production in many regions of the world. Late appearance of unspecific symptoms caused that Ramularia collo-cygni could only by molecular diagnostics be detected as the causal agent of RLS. Although recent research has shed more light on the biology and genomics of the pathogen, the cause of the recent global spread remains unclear. To address urgent questions, especially on the emergence to a major disease, life-cycle, transmission, and quick adaptation to control measures, we de-novo sequenced the genome of R. collo-cygni (urug2 isolate). Additionally, we sequenced fungal RNA from 6 different conditions, which allowed for an improved genome annotation. This resulted in a high quality draft assembly of about 32 Mb, with only 78 scaffolds with an N50 of 2.1 Mb. The overall annotation enabled the prediction of 12.346 high confidence genes. Genomic comparison revealed that R. collo-cygni has significantly diverged from related Dothidiomycetes, including gain and loss of putative effectors, however without obtaining species-specific genome features. To evaluate the species-wide genetic diversity, we sequenced the genomes of 19 R. collo-cygni isolates from multiple geographic locations and diverse hosts and mapped sequences to our reference genome. Admixture analyses show that R. collo-cygni is world-wide genetically uniform and that samples do not show a strong clustering on either geographical location or host species. To date, the teleomorph of R. collo-cygni has not been observed. Analysis of linkage disequilibrium shows that in the world-wide sample set there are clear signals of recombination and thus sexual reproduction, however these signals largely disappear when excluding three outliers samples, suggesting that the main global expansion of R. collo-cygni comes from mixed or clonally propagating populations. We further analysed the historic population size (Ne) of R. collo-cygni using Bayesian simulations. We discuss how our genomic data and population genetics analysis can help understand the current R. collo-cygni epidemic and provide different hypothesis that are supported by our data. We specifically highlight how recombination, mixed reproduction and lack of host-specificity could further support global epidemics of this increasingly recognized plant disease and suggest specific approaches to combat this pathogen.

Armillaria species are both devastating forest pathogens and some of the largest terrestrial organisms on Earth. They forage for hosts and achieve immense colony sizes using rhizomorphs, root-like multicellular structures of clonal dispersal. Here, we sequenced and analyzed genomes of four Armillaria species and performed RNA-Seq and quantitative proteomic analysis on seven invasive and reproductive developmental stages of A. ostoyae. Comparison with 22 related fungi revealed a significant genome expansion in Armillaria, affecting several pathogenicity-related genes, lignocellulose degrading enzymes and lineage-specific genes likely involved in rhizomorph development. Rhizomorphs express an evolutionarily young transcriptome that shares features with the transcriptomes of fruiting bodies and vegetative mycelia. Several genes show concomitant upregulation in rhizomorphs and fruiting bodies and shared cis-regulatory signatures in their promoters, providing genetic and regulatory insights into complex multicellularity in fungi. Our results suggest that the evolution of the unique dispersal and pathogenicity mechanisms of Armillaria might have drawn upon ancestral genetic toolkits for wood-decay, morphogenesis and complex multicellularity.