The tomato Cf-9 gene confers resistance to infection by races of the fungus Cladosporium fulvum that carry the avirulence gene Avr9 . The Cf-9 gene was isolated by transposon tagging with the maize transposable element Dissociation . The DNA sequence of Cf-9 encodes a putative membrane-anchored extracytoplasmic glycoprotein. The predicted protein shows homology to the receptor domain of several receptor-like protein kinases in Arabidopsis , to antifungal polygalacturonase-inhibiting proteins in plants, and to other members of the leucine-rich repeat family of proteins. This structure is consistent with that of a receptor that could bind Avr9 peptide and activate plant defense.

Evidence for active DNA demethylation in vertebrates is accumulating, but the mechanisms and enzymes remain unclear. Using zebrafish embryos we provide evidence for 5-methylcytosine (5-meC) removal in vivo via the coupling of a 5-meC deaminase (AID, which converts 5-meC to thymine) and a G:T mismatch-specific thymine glycosylase (Mbd4). The injection of methylated DNA into embryos induced a potent DNA demethylation activity, which was attenuated by depletion of AID or the non enzymatic factor Gadd45. Remarkably, overexpression of the deaminase/glycosylase pair AID/Mbd4 in vivo caused demethylation of the bulk genome and injected methylated DNA fragments, likely involving a G:T intermediate. Furthermore, AID or Mbd4 knockdown caused the remethylation of a set of common genes. Finally, Gadd45 promoted demethylation and enhanced functional interactions between deaminase/glycosylase pairs. Our results provide evidence for a coupled mechanism of 5-meC demethylation, whereby AID deaminates 5-meC, followed by thymine base excision by Mbd4, promoted by Gadd45.

Abstract

 In plants, resistance to pathogens is frequently determined by dominant resistance genes, whose products are proposed to recognize pathogen-encoded avirulence gene (Avr) products. The tomato resistance locus Cf-2 was isolated by positional cloning and found to contain two almost identical genes, each conferring resistance to isolates of tomato leaf mould (C. fulvum) expressing the corresponding Avr2 gene. The two Cf-2 genes encode protein products that differ from each other by only three amino acids and contain 38 leucine-rich repeat (LRR) motifs. Of the LRRs, 20 show extremely conserved alternating repeats. The C-terminus of Cf-2 carries regions of pronounced homology to the protein encoded by the unlinked Cf-9 gene. We suggest that this conserved region interacts with other proteins involved in activating plant defense mechanisms.

Abstract

 Tomato Cf genes confer resistance to C. fulvum, reside in complex loci carrying multiple genes, and encode predicted membrane-bound proteins with extracytoplasmic leucine-rich repeats. At least two , Cf-9 homologs confer novel C. fulvum resistance specificities. Comparison of 11 genes revealed 7 hypervariable amino acid positions in a motif of the leucine-rich repeats predicted to form a β-strand/β-turn in which the hypervariable residues are solvent exposed and potentially contribute to recognition specificity. Higher nonsynonymous than synonymous substitution rates in this region imply selection for sequence diversification. We propose that the level of polymorphism between intergenic regions determines the frequency of sequence exchange between the tandemly repeated genes. This permits sufficient exchange to generate sequence diversity but prevents sequence homogenization.

Purpose and Method: To investigate the possible role of carbohydrate (CHO) receptors in the mouth in influencing exercise performance, seven male and two female endurance cyclists (V̇O2max 63.2 ± 2.7 (mean ± SE) mL·kg−1·min−1) completed two performance trials in which they had to accomplish a set amount of work as quickly as possible (914 ± 40 kJ). On one occasion a 6.4% maltodextrin solution (CHO) was rinsed around the mouth for every 12.5% of the trial completed. On the other occasion, water (PLA) was rinsed. Subjects were not allowed to swallow either the CHO solution or water, and each mouthful was spat out after a 5-s rinse. Results: Performance time was significantly improved with CHO compared with PLA (59.57 ± 1.50 min vs 61.37 ± 1.56 min, respectively, P = 0.011). This improvement resulted in a significantly higher average power output during the CHO compared with the PLA trial (259 ± 16 W and 252 ± 16 W, respectively, P = 0.003). There were no differences in heart rate or rating of perceived exertion (RPE) between the two trials (P > 0.05). Conclusion: The results demonstrate that carbohydrate mouth rinse has a positive effect on 1-h time trial performance. The mechanism responsible for the improvement in high-intensity exercise performance with exogenous carbohydrate appears to involve an increase in central drive or motivation rather than having any metabolic cause. The nature and role of putative CHO receptors in the mouth warrants further investigation.

In many interactions between plants and their pathogens, resistance to infection is specified by plant resistance (R) genes and corresponding pathogen avirulence (Avr) genes. In tomato, the Cf-4 and Cf-9 resistance genes map to the same location but confer resistance to Cladosporium fulvum through recognition of different avirulence determinants (AVR4 and AVR9) by a molecular mechanism that has yet to be determined. Here, we describe the cloning and characterization of Cf-4, which also encodes a membrane-anchored extracellular glycoprotein. Cf-4 contains 25 leucine-rich repeats, which is two fewer than Cf-9. The proteins have > 91% identical amino acids. DNA sequence comparison suggests that Cf-4 and Cf-9 are derived from a common progenitor sequence. Amino acid differences distinguishing Cf-4 and Cf-9 are confined to their N termini, delimiting a region that determines the recognitional specificity of ligand binding. The majority of these differences are in residues interstitial to those of the leucine-rich repeat consensus motif. Many of these residues are predicted to form a solvent-exposed surface that can interact with the cognate ligand. Both Cf-4 and Cf-9 are located within a 36-kb region comprising five tandemly duplicated homologous genes. These results provide further insight into the molecular basis of pathogen perception by plants and the organization of complex R gene loci.

Abstract Plant pathogens secrete proteins, known as effectors, that function in the apoplast or inside plant cells to promote virulence. Effector recognition by cell-surface or cytosolic receptors results in the activation of defence pathways and plant immunity. Despite their importance, our general understanding of fungal effector function and recognition by immunity receptors remains poor. One complication often associated with effectors is their high sequence diversity and lack of identifiable sequence motifs precluding prediction of structure or function. In recent years, several studies have demonstrated that fungal effectors can be grouped into structural classes, despite significant sequence variation and existence across taxonomic groups. Using protein x-ray crystallography, we identify a new structural class of effectors hidden within the secreted in xylem (SIX) effectors from Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici ( Fol ). The recognised effectors Avr1 (SIX4) and Avr3 (SIX1) represent the founding members of the Fol d ual-domain (FOLD) effector class, with members containing two distinct domains. Using AlphaFold2, we predicted the full SIX effector repertoire of Fol and show that SIX6 and SIX13 are also FOLD effectors, which we validated experimentally for SIX6. Based on structural prediction and comparisons, we show that FOLD effectors are present within three divisions of fungi and are expanded in pathogens and symbionts. Further structural comparisons demonstrate that Fol secretes effectors that adopt a limited number of structural folds during infection of tomato. This analysis also revealed a structural relationship between transcriptionally co-regulated effector pairs. We make use of the Avr1 structure to understand its recognition by the I receptor, which leads to disease resistance in tomato. This study represents an important advance in our understanding of Fol- tomato, and by extension plant-fungal interactions, which will assist the development of novel control and engineering strategies to combat plant pathogens.

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.