Abstract The reverse chemical ecology approach facilitates sustainable plant protection by identifying odorant receptors (ORs) tuned to odorants, especially the volatile molecules emitted from host plants that insects use for detection. A few studies have explored such an approach to develop sustainable pest management programs, especially in host-specialized insect species. We revealed the molecular mechanism of host plant detection of a destructive, invasive insect pest of palm trees (Arecaceae), the Asian palm weevil ( Rhynchophorus ferrugineus ), by deorphanizing an OR (RferOR2) tuned to several palm-emitted odors. We found that RferOR2 responded explicitly to several ecologically relevant palm-emitted odors and significantly to palm esters when transgenically expressed in Drosophila olfactory neurons. We mapped RferOR2 expression in the R. ferrugineus genome and found that odor specificity is likely to develop equally in both sexes. We inferred that the semiochemicals that attract palm weevils to a palm tree might aid in weevil control efforts by improving attraction, enticing many palm weevils to the traps. We demonstrate that including synthetic palm volatiles in pheromone-based mass trapping has a synergistic effect on pheromones, resulting in significantly increased weevil catches. We proved that insect OR deorphanization could aid in the identification of novel behaviorally active volatiles for inclusion in pest management. These results suggest that targeting RferOR2 may help design receptor antagonists that can interfere with weevil host-searching behavior in sustainable pest management applications. Significance Asian and South American palm weevils are tremendously important agricultural pests primarily adapted to palm trees and cause severe destruction, threatening sustainable palm cultivation worldwide. The host plant selection of these weevils is mainly attributed to functional specialization of odorant receptors that detect palm-derived volatiles. We unraveled the intricacies of weevil–palm tree communication by deorphanizing an odorant receptor tuned to natural palm-emitted odors. We used palm ester volatiles, which produced a significant response in the functional studies, and proved their synergistic effect on the pheromone coinciding with increased weevil catches in the field. We revealed that insect odorant receptor deorphanization could help identify novel behaviorally active volatiles (reverse chemical ecology) for sustainable palm protection.

ABSTRACT Effectors are secreted by plant pathogens to facilitate infection, often through deregulation of host immune responses. During host colonization, race 1 strains of the soil-borne vascular wilt fungus Verticillium dahliae secrete the effector protein Ave1 that triggers immunity in tomato genotypes that encode the Ve1 immune receptor. Homologs of V. dahliae Ave1 (VdAve1) are found in plants and in few plant pathogenic microbes, and are differentially recognized by Ve1. However, how VdAve1 is recognized by Ve1 remained unknown. Interestingly, C-terminally affinity-tagged versions of VdAve1 failed to activate Ve1-mediated immunity, suggesting that exposure of the C-terminus of VdAve1 is required for Ve1-mediated recognition. This was confirmed by subsequent analysis of C-terminal deletion mutants, and by domain swap experiments. Although required, only the C-terminus of VdAve1 is not sufficient to activate Ve1-mediated immunity. Intriguingly, a three-dimensional structural model of VdAve1 revealed that the N- and C-termini co-localize on a surface-exposed patch of the VdAve1 protein. Indeed, subsequent analyses of N-terminal deletion mutants confirmed that also the N-terminus of VdAve1 is required to activate Ve1-mediated immunity. Thus, we conclude that a surface-exposed patch of the VdAve1 protein that is composed by co-localized N- and C-termini is recognized by the tomato immune receptor Ve1.

Summary We recently described, in Cannabis sativa , the oldest sex chromosome system documented so far in plants. Based on our estimate of its age, we predicted that it should be shared by its sister genus Humulus , which is known to also possess XY sex chromosomes. Here, we used transcriptome sequencing of a F1 family of Humulus lupulus to identify and study the sex chromosomes in this species using the probabilistic method SEX-DETector. We identified 265 sex-linked genes in H. lupulus , located on the chromosome that is also the C. sativa sex chromosome pair. Using phylogenies of sex-linked genes, we show that a region of these chromosomes had already stopped recombining in the common ancestor of the two species. Furthermore, as in C. sativa , Y gene expression was reduced in correlation to the position on the X chromosome, and strongly Y degenerated genes showed dosage compensation. Here we report, for the first time in the Angiosperms, a sex chromosome system that is shared by two different genera. Recombination suppression started at least 21-25 My ago, and then (either gradually or step-wise) spread to a large part of the sex chromosomes, leading to a strongly degenerated Y.

Apple hammerhead viroid (AHVd, Pelamoviroid, Avsunviroidae) is one of the five viroids infecting apples. It has been identified on all continents except Australia since its viroid nature was confirmed (DiSerio et al. 2018; CABI and EPPO 2022). AHVd has been found in apple trees showing leaf mosaic, ringspot and dieback (Hamdi et al., 2021). Apple (Malus domestica Borkh.) and its wild relatives are traditionally grown in Montenegro. With an annual production of 7767 tons on 216 ha, it is the second most important fruit tree (after plum) in the country (Anonymous 2022). In a 2020-2022 survey, 29 apple trees exhibiting virus-like symptoms (e.g. mosaic, necrosis) were sampled throughout Montenegro, including 16 locations in eight municipalities (Podgorica, Danilovgrad, Niksic, Mojkovac, Bijelo Polje, Berane, Pljevlja and Savnik). Small RNAs were isolated using the mirVana miRNA Isolation Kit (Ambion, Life Technologies) and pooled into three bulk samples. Each bulk contained 9 to 10 samples. Libraries of sRNAs were constructed using the Ion Total RNA-Seq Kit v2 and barcoded using the Xpress RNA-Seq Barcode 1–16 Kit (Ion Torrent) according to the manufacturer's instructions. Small RNA library sequencing was performed on Illumina platform (Novogene Europe) yielding 9.9, 9.8 and 18.6 million reads in the three libraries. The CLC Genomics Workbench software was used to demultiplex the reads into pools using the 'Demultiplex Reads' tool. The online program VirusDetect (Zheng et al. 2017) was used for virus/viroid detection and identification. Besides viruses known to infect apple (apple stem grooving virus, apple stem pitting virus, apple mosaic virus), contigs mapping to AHVd were identified in all three bulks enabling full AHVd genomes reconstruction. To verify AHVd presence, all 29 apple samples were tested by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) using the AHVd PG13f/PG12r primers (Messmer et al. 2017). AHVd amplicons were obtained in three samples (30/21, 32/21 and 38/21) from bulk 1 and two samples (47/21 and 55/21) from bulk 2, while all samples from bulk 3 tested negative potentially due to the low titer of the pathogen or nucleotide mismatches at the 3’ end of the primers. The three amplicons from bulk 1 were Sanger sequenced and partial AHVd genomes over 200 nts were obtained from two of them (30/21 and 32/21) (GenBank acc. nos. OQ863319 and OR020603). Furthermore, three full consensus AHVd genomes were assembled in Geneious Prime by mapping Sanger sequences onto contigs from Virus Detect and named 30/21, 32/21 and 38/21 (acc. nos. PP133245, -46, and -47, respectively). All three genomes exhibited conserved hammerhead motifs (Messmer et al. 2017). In BLASTn analysis, the isolate 30/21 from Montenegro shared the highest nt identity (98.8%) with the isolate SA-36 (ON564299) from Czechia, while 32/21 and 38/21 showed the highest identities (95.4% and 92.3%) with isolates SD17_2-3 (MK188691) from Canada and JF2 (ON564298) from Czechia, respectively. To the best of our knowledge, this is the first report of AHVd infecting Malus domestica in Montenegro. The AHVd-positive samples 30/21 and 32/21 originated from at least two-decade-old apple trees from Niksic, whilst 38/21 came from a 40-year-old tree from Mojkovac district, suggesting that this viroid has long been present in different parts of the country. The AHVd discovery in Montenegro should be considered in any phytosanitary regulations and pome fruit certification program in the country.

Background: The vascular plant pathogen Verticillium nonalfalfae causes Verticillium wilt in several important crops. VnaSSP4.2 was recently discovered as a V. nonalfalfae virulence effector protein in the xylem sap of infected hop. Here, we expanded our search for candidate secreted effector proteins (CSEPs) in the V. nonalfalfae predicted secretome using a bioinformatic pipeline built on V. nonalfalfae genome data, RNA-Seq and proteomic studies of the interaction with hop. Results: The secretome, rich in carbohydrate active enzymes, proteases, redox proteins and proteins involved in secondary metabolism, cellular processing and signaling, includes 263 CSEPs. Several homologs of known fungal effectors (LysM, NLPs, Hce2, Cerato-platanins, Cyanovirin-N lectins, hydrophobins and CFEM domain containing proteins) and avirulence determinants in the PHI database (Avr-Pita1 and MgSM1) were found. The majority of CSEPs were non-annotated and were narrowed down to 44 top priority candidates based on their likelihood of being effectors. These were examined by spatio-temporal gene expression profiling of infected hop. Among the highest in planta expressed CSEPs, five deletion mutants were tested in pathogenicity assays. A deletion mutant of VnaUn.279, a lethal pathotype specific gene with sequence similarity to SAM-dependent methyltransferase (LaeA), had lower infectivity and showed highly reduced virulence, but no changes in morphology, fungal growth or conidiation were observed. Conclusions: Several putative secreted effector proteins that probably contribute to V. nonalfalfae colonization of hop were identified in this study. Among them, LaeA gene homolog was found to act as a potential novel virulence effector of V. nonalfalfae. The combined results will serve for future characterization of V. nonalfalfae effectors, which will advance our understanding of Verticillium wilt disease.