Multilocus Sequence Analysis highlights genetic diversity of Acidovorax avenae strains associated with sugarcane red stripe

Abstract

Pathogenic species of Acidovorax cause economically important diseases in monocotyledonous and dicotyledonous crops, including sugarcane, corn, rice, oats, millet, foxtail, watermelon and orchids. Sugarcane red stripe, caused by Acidovorax avenae, is present in the main production areas around the world. In Argentina, red stripe affects about 30% of stalks milled with important economic losses when severe infections occur. MLST was used to explore the genetic diversity of this bacterium associated with red stripe in Argentina, as well as their phylogenetic relationships. The MLST analysis included sequences from a total of 118 Acidovorax, 15 A. avenae strains isolated from Argentina sugarcane production areas, A. citrulli (93) from melon and watermelon, A. avenae (9) from rice, millet, corn, vasey grass and sorghum, and A. oryzae (1) from rice. MLST analysis revealed five novel sequence types (STs) for the sugarcane A. avenae strains, constituting a clonal complex with a common and close origin. When genetic relationships with other Acidovorax were explored, sugarcane strains were related to A. avenae from other hosts and more distantly to A. citrulli. Signals of frequent recombination in several lineages of A. avenae were detected and we observed that A. oryzae is closely related to A. avenae strains. This study provides valuable data in the field of epiphytological and evolutionary investigations of A. avenae strains causing sugarcane red stripe. Knowledge of the genetic diversity and host-strain specificity are important to select the genotypes with the best response to red stripe disease.

Las especies fitopatógenas de Acidovorax causan enfermedades en cultivos tanto monocotiledóneos y dicotiledóneos, que incluyen caña de azúcar, maíz, arroz, avena, mijo, sandía y orquídeas. La estría roja de caña de azúcar, causada por Acidovorax avenae, está presente en las principales áreas de producción del mundo. En Argentina, esta enfermedad llegó a afectar hasta un 30% de tallos molibles en infecciones severas con importantes pérdidas económicas. Para explorar la diversidad genética de esta bacteria, así como sus relaciones filogenéticas, se aplicó un análisis MLST. El MLST incluyó un total de 118 secuencias de cepas de Acidovorax, 15 A. avenae aisladas de diferentes áreas de producción de caña de azúcar de Argentina, A. citrulli (93) de melón y sandía, A. avenae (9) de arroz, mijo, maíz, pasto vasey y sorgo y A. oryzae (1) de arroz. El análisis de MLST reveló cinco nuevos tipos de secuencia (ST) para las cepas de caña de azúcar A. avenae, que constituyen un complejo clonal con un origen común y cercano. Cuando se investigó la relación genética con otras Acidovorax, las cepas de caña de azúcar se mostraron cercanas con A. avenae de otros huéspedes, pero más distante de A. citrulli. Se evidenciaron señales de recombinación frecuente en varios linajes de A. avenae y observamos que A. oryzae está estrechamente relacionada con las cepas de A. avenae. Este estudio proporciona datos valiosos en el campo de las investigaciones epifitológicas y evolutivas de las cepas de A. avenae que causan estría roja en caña de azúcar. El conocimiento de la diversidad genética y la especificidad cepa-hospedante son importantes para seleccionar genotipos con la mejor respuesta frente a los biotipos más virulentos y predominantes en la región.

Les espèces pathogènes d'Acidovorax sont responsables de maladies importantes sur le plan économique dans les cultures monocotylédones et dicotylédones, notamment la canne à sucre, le maïs, le riz, l'avoine, le millet, la sétaire, la pastèque et l’orchidée. Les rayures rouges de la canne à sucre, causée par Acidovorax avena, est présente dans les principales zones de production du monde. En Argentine, les rayures rouges touchent environ 30% des tiges usinables, entraînant d'importantes pertes économiques en cas d'infection grave. Le MLST a été utilisé pour explorer la diversité génétique de cette bactérie associée aux rayures rouges en Argentine, ainsi que leurs relations phylo-génétiques. L'analyse MLST comprenait des séquences provenant d'un total de 118 souches Acidovorax, 15 souches d'A. avenae isolées des zones de production de canne à sucre de l’Argentine, A. citrulli (93) du melon et de pastèque, A. avenae (9) du riz, le mil, le maïs, l’herbe de vasey et le sorgho et A. oryzae (1) obtenue du riz. L'analyse MLST a révélé cinq nouveaux types de séquence (ST) pour les souches de canne à sucre d’A. avenae, constituant un complexe clonal d'origine commune et proche. Lorsque les relations génétiques avec d'autres Acidovorax ont été explorées, les souches provenant de la canne à sucre étaient apparentées à A. avenae provenant d'autres hôtes et plus lointainement à A. citrulli. Des signaux de recombinaison fréquente dans plusieurs lignées d'A. avenae ont été détectés et nous avons observé qu'A. oryzae est étroitement apparenté aux souches d'A. avenae. Cette étude fournit des données précieuses dans le domaine des études épiphytologiques et évolutives des souches d'A. avenae provoquant les rayures rouges de la canne à sucre. La connaissance de la diversité génétique et de la spécificité souche-hôte est importante pour sélectionner les génotypes présentant la meilleure résistance à la maladie des rayures rouges.