Estudio poblacional y genómico del patógeno vegetal Xylella Fastidiosa

Abstract

[cat] El fitopatogen Xylella fastidiosa posseeix una gran capacitat d’infectar, causant malalties en un ampli rang d'hostes. És capaç de multiplicar-se a l'interior dels feixos xilemàtics i produir-ne l'obstrucció, i en el pitjor dels casos, ocasionar la mort de la planta hoste. En els darrers anys s’ha detectat a la Unió Europea (Itàlia, Alacant o les Illes Balears, entre altres), essent considerat un fitopatogen de quarantena, amb importants repercussions mediambientals, agrícoles i paisatgístiques. A les nostres illes malauradament es donen unes condicions climàtiques idònies per a l'expansió i el desenvolupament d'aquest bacteri afectant els principals cultius com són els ametllers, les oliveres o la vinya. Aquest patogen descrit al 1987, està dividit en sis subespècies i 90 seqüetips (fastidiosa, ‘morus’, multiplex, ‘sandyi’, pauca i ‘tashke’), encara que sols les subespècies fastidiosa, multiplex i pauca es van proposar de forma correcta. Degut al gran desconeixement existent del patogen a la nostra comunitat, des del primer moment que es va detectar a l’octubre del 2016, es va plantejar un estudi per aconseguir els següents objectius: (1) desenvolupar eines per realitzar un diagnòstic encertat del patogen, (2) indagar en les variables que poden afectar a X. fastidiosa (diferents plantes hoste, vectors, condicions climàtiques…), (3) aclarir la afiliació taxonòmica del gènere Xylella i la espècie X. fastidiosa, i per últim, (4) aprofundir en la caracterització dels genomes, amb la finalitat d’obtenir variables genètiques que permetin una aproximació teòrica per futurs estudis fenotípics. Per tot això, a més d’optimitzar tota una sèrie de metodologies de diagnòstic, es van analitzar mostres vegetals dels cultius principals de las Illes Baleares como són l’ametller, les oliveres o la vinya; es dugué a terme un estudi bimensual en diferents zones bioclimàtiques, i per acabar es dugué a terme un anàlisis filogenòmic de 177 genomes del gènere Xylella seguit d’una caracterització genòmica d’aquests. S’ha determinat i confirmat la presència de tres subespècies i els seus seqüetips a les Illes Baleares. A Mallorca s’ha detectat la presència de les subespècies multiplex (ST81) i fastidiosa (ST1). A Menorca la subespècie multiplex (ST81), i a la illa de Eivissa la xx Resum subespècie pauca (ST80). A l’ametller s’han detectat les subespècies fastidiosa i multiplex. A vinya la subsp. fastidiosa, i a l’olivera s’ha detectat la subsp. multiplex àmpliament distribuïda per tota la illa de Mallorca. A Eivissa s’ha detectat la subsp. pauca. Cal destacar, que els ST80 i ST81 foren descrits per primera vegada a les nostres illes. En l’anàlisi de zones bioclimàtiques, no s’observa un increment significatiu de la afectació d’aquestes parcel·les, però si destaca una major incidència en el sud de Mallorca. Les diferents aproximacions filogenòmiques ens permeten diferenciar clarament les subespècies àmpliament esteses a les Illes Baleares, fastidiosa, multiplex i pauca. Les subespècies ‘morus’ i ‘sandyi’, estarien incloses dins la subespècie fastidiosa. A la subespècie pauca es poden distingir dos grups, pauca1 i pauca2. L’anàlisi genòmic mostra pocs gens exclusius per cada subespècie, la majoria relacionats amb proteïnes hipotètiques. Destaca el grup pauca2, amb un clúster únic format per 53 proteïnes exclusives. En la caracterització dels gens de formació del pili tipo IV no s’observen diferències clares entre les subespècies, a excepció de petites diferències en la seqüència nucleotídica. Els gens de la maquinaria del pili tipo IV són els més conservats, mentre que els gens pilA1, pilA2, pilY1 que formarien el pili en sí, són suficientment divergents. Els gens del sistema de secreció, síntesis de polisacàrids i gens del sistema de regulació són els més conservats, mentre que els gens relacionats amb adhesines, enzims hidrolítics o els sistemes TA mostren una major variabilitat.

[spa] El fitopatógeno Xylella fastidiosa posee una gran capacidad de infectar, causando enfermedades en un amplio rango de huéspedes. Es capaz de multiplicarse en el interior de los haces xilemáticos y producir su obstrucción, ocasionando la muerte de la planta huésped en el peor de los casos. En los últimos años se ha detectado en la Unión Europea (Italia, Alicante o las Islas Baleares, entre otras), siendo considerado un fitopatógeno de cuarentena, con importantes repercusiones medioambientales, agrícolas y paisajísticas. En nuestras islas desgraciadamente se dan unas condiciones climáticas idóneas para la expansión y el desarrollo de esta bacteria afectando a los principales cultivos como son los almendros, los olivos o las viñas. Este patógeno descrito en 1987, está dividido en seis subespecies y 90 secuetipos (fastidiosa, 'morus', multiplex, 'sandyi', pauca y 'tashke'), aunque solamente las subespecies fastidiosa, multiplex y pauca se propusieron correctamente. Debido al gran desconocimiento existente del patógeno en nuestra comunidad, desde el primer momento que se detectó en octubre de 2016, se planteó un estudio para conseguir los siguientes objetivos: (1) desarrollar herramientas para realizar un diagnóstico certero del patógeno, (2) indagar en las variables que pueden afectar a X. fastidiosa (diferentes plantas huésped, vectores, condiciones climáticas…), (3) aclarar la afiliación taxonómica del género Xylella y la especie X. fastidiosa, y por último, (4) profundizar en la caracterización de los genomas, con la finalidad de obtener variables genéticas que permitan una aproximación teórica por futuros estudios fenotípicos. Por todo ello, además de optimizar toda una serie de métodos de diagnóstico, se analizaron muestras vegetales de los cultivos principales de las Islas Baleares como son el almendro, los olivos o la viña; se llevó a cabo un estudio bimensual en diferentes zonas bioclimáticas, y finalmente se realizó un análisis filogenómico de 177 genomas del género Xylella, conjuntamente con una caracterización genómica. Se ha determinado y confirmado la presencia de tres subespecies y sus secuetipos en las Islas Baleares. En Mallorca se ha detectado la presencia de las subespecies multiplex xxii Resumen (ST81) y fastidiosa (ST1). En Menorca la subespecie multiplex (ST81), y en la isla de Ibiza la subespecie pauca (ST80). En almendro se han detectado las subespecies fastidiosa y multiplex. En viña la subsp. fastidiosa, y en el olivo se ha detectado la subsp. multiplex ampliamente distribuida por toda la isla de Mallorca. En Ibiza se ha detectado la subsp. pauca. Cabe destacar, que los ST80 y ST81 se describieron por primera vez en las Islas Baleares. En el análisis de zonas bioclimáticas, no se observa un incremento significativo de la afectación de estas fincas, aunque destaca una mayor incidencia en el sur de Mallorca. Las diferentes aproximaciones filogenómicas nos permiten diferenciar claramente las subespecies ampliamente extendidas en las Islas Baleares, fastidiosa, multiplex y pauca. Las subespecies 'morus' y 'sandyi', estarían incluidas dentro de la subespecie fastidiosa. En la subespecie pauca se pueden distinguir dos grupos, pauca1 y pauca2. El análisis genómico muestra pocos genes exclusivos de cada subespecie, la mayoría relacionados con proteínas hipotéticas. Destaca el grupo pauca2, con un clúster único formado por 53 proteínas exclusivas. En la caracterización de los genes de formación del pili tipo IV no se observan diferencias claras entre las subespecies, a excepción de pequeñas divergencias en la secuencia nucleotídica. Los genes de la maquinaria del pili tipo IV son los más conservados, mientras que los genes pilA1, pilA2, pilY1 que formarían el pili en sí, muestran diferencias. Los genes del sistema de secreción, síntesis de polisacáridos y genes del sistema de regulación son los más conservados, mientras que los genes relacionados con adhesinas, enzimas hidrolíticas o los sistemas TA muestran una mayor variabilidad.

[eng] The phytopathogen Xylella fastidiosa has a great infective capacity, causing diseases in a wide host range. Being able to multiply profusely inside the xylem vascular tissue as well as physical occlusion of xylem, causing the death of the host plant in the worst case. This phytopathogen is a quarantine bacterium for the European Union. It has been highlighted recently because of its detection in the European community (Italy, Alicante or the Balearic Islands, among others), with important environmental, agricultural and landscape repercussions. Unfortunately, the growth of X. fastidiosa an its large coverage could be explained by the suitability of the Mediterranean climates, affecting the main crops such as almond trees, olive trees and vineyards. X. fastidiosa was described in 1987, it is divided into six subspecies and 90 sequencetypes (fastidiosa, 'morus', multiplex, 'sandyi', pauca and 'tashke'), although only the fastidiosa, multiplex and pauca subspecies were validly proposed. Due to the great lack of knowledge about this pathogen the Balearic community, from the first moment it was detected in October 2016, a study was proposed to achieve the following objectives: (1) to make an accurate diagnosis of the pathogen, (2) to investigate potential variables that could affect X. fastidiosa such as different host plants, vectors, climatic conditions..., (3) to clarify the taxonomic affiliation of the genus Xylella and the species X. fastidiosa, and finally, (4) to delve into genomic characterization, in order to obtain genetic variables that allow a theoretical approach to future phenotypic studies. Correspondingly, besides optimizing a whole series of diagnostic methodologies, samples of the main crops of the Balearic Islands such as almond trees olive trees and vineyards were analyzed; a bimonthly study was carried out in different bioclimatic zones, and finally a phylogenomic analysis of 177 genomes of the genus Xylella followed by a genomic characterization of them was performed. The presence of three subspecies and their sequence type in the Balearic Islands has been determined and confirmed. In Majorca, the presence of the subspecies multiplex (ST81) and fastidiosa (ST1) has been detected. In Menorca the subspecies multiplex (ST81), and Summary in Ibiza the subspecies pauca (ST80). The fastidiosa and multiplex subspecies have been detected in almond trees. In vineyard the subsp. fastidiosa, and in the olive tree the subsp. multiplex, which is widely distributed throughout the territory in Mallorca and by the subsp. pauca in Ibiza. It should be emphasized that the ST80 and ST81 were described for the first time in the Balearic Islands. The analysis of bioclimatic zones shows a low level of prevalence, although a higher incidence stands out in the south of Mallorca. The different phylogenomic approaches let us to clearly differentiate the three subspecies of X. fastidiosa validly proposed, widely spread in the Balearic Islands. The subspecies 'morus' and 'sandyi' would be included in the subsp. fastidiosa. Moreover, the subspecies pauca could be split up into two subgroups, pauca1 and pauca2. Genomic analysis shows few exclusive genes for each subspecies, mostly related to hypothetical proteins. The pauca2 group stands out, with a unique cluster formed by 53 exclusive proteins. The characterization of type IV pili genes cannot manifest clear contrast between subspecies, except for small divergences in the nucleotide sequence. The genes of the type IV pilus machine are the most conserved, while the pilA1, pilA2, and pilY1 genes, which are part of the extended pilus, are sufficiently divergent. The genes of the secretion system, polysaccharide synthesis and regulation system genes are the most conserved, while genes related to adhesins, hydrolytic enzymes or TA systems are more variable.