Analisi genomica comparativa dei geni effettori di ceppi di Fusarium fujikuroi, agente causale del Bakanae

Rice is one of the most widely cultivated cereals and essential for human nutrition worldwide. Bakanae disease caused by Fusarium fujikuroi emerges among the main factors threatening this crop, causing significant production losses worldwide and threatening food security in several countries. Regions of West Africa are heavily devoted to rice cultivation, from which four new strains of F. fujikuroi have recently been isolated and sequenced, coming in particular from Kenya and the Ivory Coast. The aim of this work focused on the prediction of virulence effector genes, key elements in the pathogen-host interaction and responsible for the virulence of the fungus. In particular, a preparatory work of genome assembly and gene prediction was performed on African strains. Functional prediction and secreted protein prediction analyses were performed on the predicted proteomes, together with other proteomes belonging to five European strains and one Asian strain, obtained from previous works. Using a comparative analysis approach, the proteomes of the different strains were then clustered, exploiting the available information on the pathogenicity of the European strains, extrapolating only the orthogroups not shared with the avirulent strains. The analyses conducted show a notable functional diversification of the secreted proteins. The most frequently found functional annotations refer to molecular processes known in the literature. However, most of the proteins are without functional annotation and lack homology to other experimentally characterized proteins. These results highlight how many proteins and molecular mechanisms still remain unknown. Ultimately, for a better understanding of these genes it will be essential to integrate these analyses with experimental studies, such as pathogenicity tests on host plants and in vivo transcriptome analyses. These approaches will allow us to identify the genes actually expressed and involved in the infectious process. This information will help to elucidate the complex pathogenic mechanisms of the fungus and provide a more solid basis for studying pathogen containment strategies.

Il riso è uno dei cereali maggiormente coltivati e fondamentali per l’alimentazione umana a livello globale. La malattia del Bakanae causata da Fusarium fujikuroi emerge tra i principali fattori che minacciano questa coltura, causando notevoli perdite produttive in tutto il mondo e minacciando la sicurezza alimentare di diversi paesi. Fortemente dedite alla risicoltura sono le regioni dell’Africa occidentale, da cui sono stati recentemente isolati e sequenziati quattro nuovi ceppi di F. fujikuroi, provenienti in particolare dal Kenya e dalla Costa d’Avorio. L’obiettivo di questo lavoro si è focalizzato sulla predizione dei geni effettori di virulenza, elementi chiave nell’interazione patogeno-ospite e responsabili della virulenza del fungo. In particolare, è stato eseguito un lavoro preparatorio di genome assembly e gene prediction sui ceppi africani. Sui proteomi predetti, unitamente ad altri proteomi appartenenti a cinque ceppi europei ed un ceppo asiatico, ottenuti da lavori precedenti, sono state condotte analisi di predizione funzionale e di predizione delle proteine secrete. Utilizzando un approccio di analisi comparativa sono poi stati clusterizzati i proteomi dei diversi ceppi sfruttando le informazioni disponibili sulla patogenicità dei ceppi europei, estrapolando solamente gli ortogruppi non condivisi con i ceppi avirulenti. Dalle analisi condotte emerge una notevole diversificazione funzionale delle proteine secrete. Le annotazioni funzionali maggiormente riscontrate rimandano a processi molecolari noti in letteratura. Tuttavia, gran parte delle proteine sono prive di annotazione funzionale e mancano di omologia per altre proteine sperimentalmente caratterizzate. Questi risultati evidenziano quante proteine e meccanismi molecolari rimangano ancora sconosciuti. In ultima analisi, per una migliore comprensione di questi geni sarà fondamentale integrare queste analisi con studi sperimentali, come prove di patogenicità su piante ospiti e analisi del trascrittoma in vivo. Questi approcci permetteranno di identificare i geni effettivamente espressi e coinvolti nel processo infettivo. Tali informazioni contribuiranno a chiarire i complessi meccanismi patogenici del fungo e a fornire una base più solida nello studio delle strategie di contenimento del patogeno.