Recombination between clonal lineages of the asexual fungus Verticillium Dahliae detected by genotyping by sequencing

Las Verticilosis causadas por Verticillium dahliae son enfermedades de difícil control que afectan a numerosos cultivos agrícolas de gran significación para la alimentación mundial, incluyendo algodón, hortícolas, olivo y frutales de hueso. V. dahliae es un hongo mitospórico que sobrevive prolongadamente en el suelo y se distribuye en semillas y plantones infectados, cuyas poblaciones se conciben estables y de estructura estrictamente clonal compuestas de linajes (VCGs) en los cuales se ha podido producir variación genética y patogénica mediante mutaciones.

Sin embargo, recientemente se han puesto de manifiesto discrepancias en las relaciones evolutivas entre dichos linajes, que se explican más fácilmente por la ocurrencia de eventos de recombinación genética entre los VCGs que por mutaciones. Esta hipotética recombinación tendría importantes repercusiones potenciales sobre la durabilidad (estabilidad) de variedades resistentes a V. dahliae, que son clave para la gestión integrada de las Verticilosis.

En este estudio, publicado en PLoS ONE y realizado en el marco del proyecto AGL2011-24935 con la participación de investigadores del Instituto de Agricultura Sostenible y de las Universidades de Córdoba, Cornell y del Estado de Pennsylvania, se ha contrastado la hipótesis de que los linajes clonales de V. dahliae se han producido por eventos de recombinación mediante genotipado por secuenciación masiva (GBS) de 217 aislados del hongo de gran diversidad de huéspedes y origen geográfico.

El análisis de 27.000 SNPs identificados en el genoma de V. dahliae ha detectado 430 eventos de recombinación homogéneamente distribuidos en el mismo, de cuyo análisis hemos inferido linajes recombinantes en los siguientes casos: i) el linaje 6 que comprende aislados de pimiento en California e interpretamos como recombinante entre los linajes 2B824 y 4A; ii) un nuevo el linaje, 2B R1, que interpretamos como recombinante entre los clados I y II, y comprende aislados de olivo en Andalucía; y iii) el linaje 2B334 resultante de recombinación entre los linajes 1A/1B y 2B824 en el clado II, que solo se ha encontrado infectando alcachofa en la Comunidad Valenciana junto con los linajes 1A/1B y 2B824.

Dicha recombinación genética se ha podido derivar de reproducción sexual más que de un fenómeno parasexual, según lo sugiere la existencia de los dos tipos de compatibilidad sexual (MAT1-1, MAT1-2) en los aislados de estudio y de homólogos de ocho de los 12 genes que regulan la meiosis en otros hongos de reproducción sexual conocida. No obstante la evidencia de recombinación y la inferencia del origen recombinante de algunos linajes clonales, el resultado del análisis filogenético de los 27.000 SNPs coincidió con el de otros anteriores basados en VCGs y marcadores de ADN neutrales, confirmando que las actuales poblaciones de V. dahliae son de estructura marcadamente clonal.

Aunque la existencia de los genes relacionados con la compatibilidad sexual y la meiosis en V. dahliae es consistente con el potencial de reproducción sexual e incremento de la diversidad genética en sus poblaciones, proponemos que la actual estructura clonal de este patógeno es resultado de un proceso selectivo en favor de los genotipos mejor adaptados a la intensificación y homogeneidad genética características de la agricultura moderna, que da lugar a poblaciones de estructura epidémica similares a las descritas en bacterias fitopatógenas y algunos hongos fitopatógenos, que también se componen de clones originalmente derivados de recombinación sexual.

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Relaciones filogenéticas entre linajes clonales derivadas de análisis ‘neighbor-joining’ de 26.748 SNPs en 141 aislados de V. dahliae y distribución de eventos de recombinación en el hongo. Cada clado o linaje contó con soporte bootsrap >99% en 1000 repeticiones. Los linajes clonales (de arriba a abajo) 1A/1B, 2B334, 2A, 4B, 4A, 6 y 2B824 se denominaron de acuerdo con su correspondiente grupo de compatibilidad vegetativa (VCGs). El linaje 2BR1 no había sido descrito anteriormente. Los linajes recombinantes 2BR1 y 6 se indican mediante flechas y asteriscos. Los haplotipos recombinantes de los aislados VEM481 (clado I), 395, V496 y V498 (clado II-1) y 320 (clado II-2) se indican mediante flechas. Los números a la derecho de los clados y subclados  indican corresponden a eventos de recombinación.