A large accessory genome and high recombination rates may influence global distribution and broad host range of the fungal plant pathogen Claviceps purpurea

Abstract

Pangenome analyses are increasingly being utilized to study the evolution of eukaryotic organisms. While pangenomes can provide insight into polymorphic gene content, inferences about the ecological and adaptive potential of such organisms also need to be accompanied by additional supportive genomic analyses. In this study we constructed a pangenome of Claviceps purpurea from 24 genomes and examined the positive selection and recombination landscape of an economically important fungal organism for pharmacology and agricultural research. Together, these analyses revealed that C. purpurea has a relatively large accessory genome (~ 38%), high recombination rates (ρ = 0.044), and transposon mediated gene duplication. However, due to observations of relatively low transposable element (TE) content (8.8%) and a lack of variability in genome sizes, prolific TE expansion may be controlled by frequent recombination. We additionally identified that within the ergoline biosynthetic cluster the lpsA1 and lpsA2 were the result of a recombination event. However, the high recombination rates observed in C. purpurea may be influencing an overall trend of purifying selection across the genome. These results showcase the use of selection and recombination landscapes to identify mechanisms contributing to pangenome structure and primary factors influencing the evolution of an organism.

Transgenerational genomic analyses reveal allelic oscillation and purifying selection in a gut parasite Nosema ceranae

“…Previously, the recombination event was reported in N. ceranae ( Pelin et al, 2015 ). In our study, the calculated recombination rate was orders of magnitude smaller than those of other fungal pathogens ( Heinzelmann et al, 2020 ; Wyka et al, 2022 ). Inhibiting apoptosis and ATP acquisition were essential to the success of N. ceranae infection.…”

ERGOT Claviceps purpurea (Fries) Tulasne ALKALOID DIVERSITY AND VIRULENCE: EVOLUTION, GENETIC DIVERSIFICATION, AND METABOLIC ENGINEERING (review)

“…Э в о л ю ц и я, р а с п р о с т р а н е н и е и р о л ь т о к с и ч е с к и х м е т аболитов с п о р ы н ь и. Молекулярно-генетические технологии позволяют изучать биологию спорыньи на уровне генных кластеров, геномов, транскриптомов, метаболомов, используя широкий арсенал средств. Для анализа генома спорыньи применяют пиросеквенирование методом одно-или парноконцевых прочтений (single/paired-end pyrosequencing) (42), секвенирование с парноконцевыми прочтениями (paired-end sequencing, PEs) (43,44), секвенирование по Сэнгеру (Sanger sequencing) (45), пиросеквенирование методом дробовика (shotgun pyrosequencing) и секвенирование спаренных концов (matepair sequencing) (46). Так, PEs применяли для анализа транскриптома при сигнальных взаимодействиях C. purpurea с хозяином Secale cereale (47) и секвенирования генома Claviceps paspali (48), мультиплексное секвенирование с одноконцевыми прочтениями (single-end multiplexed sequencing) -для анализа транскриптома пшеницы при заражении C. purpurea (49).…”

“…Изменения архитектуры и пластичность генома могут формировать направление эволюционного процесса грибов и их адаптивность (43). Предположительно именно вторичные метаболиты спорыньи служат факторами первичного влияния на диверсификацию и продвижение вида в новые экологические ниши и помогают поддерживать его глобальное распространение и широкий круг хозяев (42). Состав кластера генов синтеза алкалоидов и уникальные полиморфизмы показывают, что в настоящее время C. purpurea претерпевает процесс адаптации, следствие которой -большое разнообразие пептидных алкалоидов (45).…”

“…Для C. purpurea показаны достоверно высокие скорости рекомбинации (ρ = 0,044), относительно большой акцессорный геном (38 %) и транспозон-опосредованная дупликация генов (42). Важно отметить, что при этом общее содержание транспонзируемых элементов в геноме спорыньи относительно низкое (8,8 %), размер генома не варьирует (42), а рекомбинация не является основным фактором дупликации у C. purpurea (42). Псевдогенизация и неофункционализация также могут быть существенными процессами.…”

“…Псевдогенизация и неофункционализация также могут быть существенными процессами. Из-за отсутствия RIP-мутаций увеличение количества транспозируемых элементов, вероятно, контролируется высокими скоростями рекомбинации (42).…”