Permissivity of human HeLa cells to bovine adenovirus type 2 (BaV2 infection

Infection of hUlnan cells by bovine adenovirlls type 2 (BAV2) is abortive. To obtain a better understanding of this pllenomel1011, and in particular to identify Wllich steps in the viral replicative cycles are altered dllring this virlls-host cells interaction, we have llndertaken a detailed study of BAV2 infections of the nonpennissive hUlnan IIeLa cells. Using autoradiography and 3H-thymidine-labeled vvhole virus particles for infection of HeLa cells, vve determined that viral attachluent appears normal. Furthermore, Southern analysis revealed that internalization and transport to the nuclells occurs in BAV2 infected HeLa cells. To investigate viral DNi\ synthesis, infectivity assays involving hydroxyllrea, a viral DN-A synthesis inhibitor, were carried out. The results revealed that Bft:LV2 DNA synthesis does not occur in HeLa cells. Fllrtller investigations into viral early gene expression by northern blotting analyses indicated that HeLa cells fail to support expression of EIA. This suggested that abortive infection by BAV2 could be attributed to faiiure of EIA to express. To test the possibility that the failure to express ElA was due to the inability of the host cell to recognize the E lA prOlTIoter, ,ve carried out transient expression transfection experiments using plaslnids \vith the bacterial lacZ linder the control of either BAV2 or i\d5 EIA promoter. X-gal histochelIlical assays sho\ved expression of lacZ from the Ad5 ElA prOlnoter but no expression of lacZ [rOln the BAV2 EIA prOlTIoter. This further suggests that the abortive infection b:y BAV2 could be attributed to failure of EIA to express dlle to a nonfllnctional prOlTIoter in hlunan cells. Thus we speClllated that abortive infection of HeLa cells by adenoviruses may be averted by providing EtA functions in trans. To demonstrate this, we coinfected HeLa cells with Ad5 and BAV2, reasoning that Ad5 could cOlnpensate for EIA deficiency in BAV2. OUf results showed that BAV2 DNA synthesis was indeed Sllpported in HeLa cells coinfected with Ad5dlE3 as revealed by Southern analysis. In contrast, coinfection of HeLa cells \vith BAV2 and Ad5dlElE3 mutallt did not support BLt\V2 DNA synthesis. Interestingly, BAV2 failed to replicate in 293 cells which are constitlltively expressing the El genes. This could ilnply that El is necessary but not sufficient to avert the failllre ofBAV2 to undergo productive infection ofhulnan cells.

L'évolution du phagosome

La phagocytose est un processus cellulaire par lequel de larges particules sont internalisées dans une vésicule, le phagosome. Lorsque formé, le phagosome acquiert ses propriétés fonctionnelles à travers un processus complexe de maturation nommé la biogénèse du phagolysosome. Cette voie implique une série d’interactions rapides avec les organelles de l’appareil endocytaire permettant la transformation graduelle du phagosome nouvellement formé en phagolysosome à partir duquel la dégradation protéolytique s’effectue. Chez l’amibe Dictyostelium discoideum, la phagocytose est employée pour ingérer les bactéries de son environnement afin de se nourrir alors que les organismes multicellulaires utilisent la phagocytose dans un but immunitaire, où des cellules spécialisées nommées phagocytes internalisent, tuent et dégradent les pathogènes envahissant de l’organisme et constitue la base de l’immunité innée. Chez les vertébrés à mâchoire cependant, la transformation des mécanismes moléculaires du phagosome en une organelle perfectionnée pour l’apprêtement et la présentation de peptides antigéniques place cette organelle au centre de l’immunité innée et de l’immunité acquise. Malgré le rôle crucial auquel participe cette organelle dans la réponse immunitaire, il existe peu de détails sur la composition protéique et l’organisation fonctionnelles du phagosome. Afin d’approfondir notre compréhension des divers aspects qui relient l’immunité innée et l’immunité acquise, il devient essentiel d’élargir nos connaissances sur les fonctions moléculaire qui sont recrutées au phagosome. Le profilage par protéomique à haut débit de phagosomes isolés fut extrêmement utile dans la détermination de la composition moléculaire de cette organelle. Des études provenant de notre laboratoire ont révélé les premières listes protéiques identifiées à partir de phagosomes murins sans toutefois déterminer le ou les rôle(s) de ces protéines lors du processus de la phagocytose (Brunet et al, 2003; Garin et al, 2001). Au cours de la première étude de cette thèse (Stuart et al, 2007), nous avons entrepris la caractérisation fonctionnelle du protéome entier du phagosome de la drosophile en combinant diverses techniques d’analyses à haut débit (protéomique, réseaux d’intéractions protéique et ARN interférent). En utilisant cette stratégie, nous avons identifié 617 protéines phagosomales par spectrométrie de masse à partir desquelles nous avons accru cette liste en construisant des réseaux d’interactions protéine-protéine. La contribution de chaque protéine à l’internalisation de bactéries fut ensuite testée et validée par ARN interférent à haut débit et nous a amené à identifier un nouveau régulateur de la phagocytose, le complexe de l’exocyst. En appliquant ce modèle combinatoire de biologie systémique, nous démontrons la puissance et l’efficacité de cette approche dans l’étude de processus cellulaire complexe tout en créant un cadre à partir duquel il est possible d’approfondir nos connaissances sur les différents mécanismes de la phagocytose. Lors du 2e article de cette thèse (Boulais et al, 2010), nous avons entrepris la caractérisation moléculaire des étapes évolutives ayant contribué au remodelage des propriétés fonctionnelles de la phagocytose au cours de l’évolution. Pour ce faire, nous avons isolé des phagosomes à partir de trois organismes distants (l’amibe Dictyostelium discoideum, la mouche à fruit Drosophila melanogaster et la souris Mus musculus) qui utilisent la phagocytose à des fins différentes. En appliquant une approche protéomique à grande échelle pour identifier et comparer le protéome et phosphoprotéome des phagosomes de ces trois espèces, nous avons identifié un cœur protéique commun à partir duquel les fonctions immunitaires du phagosome se seraient développées. Au cours de ce développement fonctionnel, nos données indiquent que le protéome du phagosome fut largement remodelé lors de deux périodes de duplication de gènes coïncidant avec l’émergence de l’immunité innée et acquise. De plus, notre étude a aussi caractérisée en détail l’acquisition de nouvelles protéines ainsi que le remodelage significatif du phosphoprotéome du phagosome au niveau des constituants du cœur protéique ancien de cette organelle. Nous présentons donc la première étude approfondie des changements qui ont engendré la transformation d’un compartiment phagotrophe à une organelle entièrement apte pour la présentation antigénique.

Analyse des protéines cellulaires incorporées dans les particules matures du virus de l’Herpès simplex de type 1

Les virus exploitent la machinerie cellulaire de l’hôte de façon très variée et plusieurs types vont même jusqu’à incorporer certaines protéines cellulaires. Nous avons récemment effectué la première analyse protéomique du virion mature de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1), ce qui nous a permis de déterminer que jusqu’à 49 protéines cellulaires différentes se retrouvaient dans ce virus (Loret, S. et al. (2008). "Comprehensive characterization of extracellular herpes simplex virus type 1 virions." J Virol 82(17): 8605-18.). Afin de déterminer leur importance dans le cycle de réplication d’HSV-1, nous avons mis au point un système de criblage nous permettant de quantifier le virus produit et relâché dans le milieu extracellulaire en utilisant un virus marqué à la GFP ainsi que des petits ARN interférents (pARNi) ciblant spécifiquement ces protéines cellulaires. Cette approche nous a permis de démontrer que 17 des protéines identifiées précédemment jouaient un rôle critique dans la réplication d’HSV-1, suggérant ainsi que leur incorporation dans le virus n’est pas aléatoire. Nous avons ensuite examiné le rôle d’une de ces protéines, DDX3X (DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box polypeptide 3, X-linked), une protéine multifonctionnelle connue pour son implication dans les cycles de réplication de plusieurs virus humains. À l’aide de pARNi ainsi que de différentes lignées cellulaires, dont une lignée DDX3X thermosensible, nous avons démontré que l’inhibition de DDX3X résultait en une diminution du nombre de capsides intracellulaires et induisait une importante diminution de l’expression des gènes viraux. Nous avons aussi démontré que la fraction de DDX3X incorporée dans le virion contribuait activement au cycle infectieux d’HSV-1. Ces résultats confirment l’intérêt de notre approche afin d’étudier les interactions hôte-pathogène en plus de démontrer la contribution des protéines cellulaires incorporées à HSV-1 dans l’infection virale.

Importance des protéines cellulaires incorporées dans les virions matures d’HSV-1

Pour compléter leur cycle de vie, les virus interagissent avec de nombreux facteurs de la cellule-hôte. Le virus Herpès simplex de type 1 (HSV-1) ne fait pas exception. Une récente étude protéomique du virus effectuée par notre laboratoire a permis d’identifier 49protéines cellulaires potentiellement incorporées dans les virions matures d’HSV-1 [1]. Étant donné que certaines de ces protéines peuvent jouer des rôles importants au cours du cycle de vie du virus, elles constituent des cibles de choix pour identifier et caractériser de nouvelles interactions hôte-pathogène dans le contexte d’HSV-1. D’ailleurs le laboratoire a été effectué un criblage aux petits ARN d’interférence qui a démontré qu'au moins 15 des protéines incorporées sont impliqués dans le cycle de réplication de HSV-1 en culture cellulaire (Annexe 1). Des nombreuses études rapportent l'incorporation des protéines de l'hôte dans les virions matures mais très peu abordent l'importance de la fraction des protéines cellulaires incorporée dans les virions pour le cycle virale. Pour vérifier ça, nous avons déplété ces protéines des virions matures extracellulaires en utilisant des petits ARN d’interférence. Par la suite, nous avons utilisé ces virus déplétés pour réinfecter des cellules déplétées ou normales. Cette méthode nous a permis d'identifier pour la première fois 8 protéines (DDX3X, HSPA8, KRT10, MIF, Rab5A, Rab6A, Rab10 et 14-3-3ζ) dont l'absence dans les virions réduit la production virale d'au moins 50%. Pour mieux comprendre à quelle étape du cycle viral ces protéines sont nécessaires, nous avons aussi quantifié les virus intracellulaires, produits des cellules déplétées individuellement des quinze protéines cellulaires. Ainsi, nous avons trouvé que dans nos conditions 7 de ces 8 protéines cellulaires (DDX3X, HSPA8, KRT10, MIF, Rab5A, Rab6A et Rab10) semblent impliquées dans la production des virus intracellulaires, ce qui nous a stimulés à débuter une série de tests plus approfondis de l’entrée d’HSV-1. Les résultats préliminaires, démontrent l’implication dans l’entrée d’HSV-1 d’au moins 3 à 4 de ces protéines (HSPA8, KRT10, Rab5A et Rab10).

Découverte de nouvelles interactions entre le virus de l'Hépatite C et l'hôte par une approche combinée de Spectrométrie de Masse et de Génomique Fonctionnelle

La réplication et l’assemblage du virus de l’hépatite C (VHC) sont régulés finement dans le temps et l’espace par les interactions protéiques entre le virus avec l’hôte. La compréhension de la biologie du virus ainsi que sa pathogénicité passe par les connaissances relatives aux interactions virus/hôte. Afin d’identifier ces interactions, nous avons exploité une approche d’immunoprécipitation (IP) couplée à une détection par spectrométrie de masse (MS), pour ensuite évaluer le rôle des protéines identifiées dans le cycle viral par une technique de silençage génique. Les protéines virales Core, NS2, NS3/4A, NS4B, NS5A et NS5B ont été exprimées individuellement dans les cellules humaines 293T et immunoprécipitées afin d’isoler des complexes protéiques qui ont été soumis à l’analyse MS. Ainsi, 98 protéines de l’hôte ont été identifiées avec un enrichissement significatif et illustrant une spécificité d’interaction. L’enrichissement de protéines connues dans la littérature a démontré la force de l’approche, ainsi que la validation de 6 nouvelles interactions virus/hôte. Enfin, le rôle de ces interactants sur la réplication virale a été évalué dans un criblage génomique par ARN interférant (ARNi). Deux systèmes rapporteurs de la réplication virale ont été utilisés : le système de réplicon sous-génomique (Huh7-Con1-Fluc) et le système infectieux (J6/JFH-1/p7Rluc2a), ainsi qu’un essai de toxicité cellulaire (Alamar Blue). Parmi les protéines de l’hôte interagissant avec le VHC, 28 protéines ont démontré un effet significatif sans effet de toxicité cellulaire, suggérant fortement un rôle dans la réplication du VHC. Globalement, l’étude a mené à l’identification de nouvelles interactions virus/hôte et l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.

Phylogéographie comparée de la souris à pattes blanches et de la souris sylvestre, deux vecteurs de la maladie de Lyme au Québec

Mon étude vise à évaluer la propagation d’une zoonose en émergence au Québec, la maladie de Lyme, en conséquence du réchauffement climatique. Le pathogène responsable de cette infection, Borrelia burgdorferi, est transmis par l’intermédiaire d’une tique parasite, Ixodes scapularis, de plus en plus commune au Québec en raison de l’augmentation de la température moyenne du climat depuis les dernières décennies. Puisque la tique a une capacité de déplacement très restreinte, on s'attend à ce que sa dispersion soit liée à celle de son hôte primaire, soit la souris à pattes blanches (Peromyscus leucopus). Je décrirai donc d’abord les espèces impliquées, leur écologie et leur rôle dans ce système à trois niveaux (hôte/pathogène/vecteur). Puis, à l’aide de séquences d’ADN mitochondrial, je comparerai la phylogéographie des deux principales espèces de souris au Québec, la souris à pattes blanches et la souris sylvestre (P. maniculatus). Des analyses d’arbres et de réseaux d’haplotypes ont révélé des différences significatives dans la structure génétique et ainsi montré que les populations de P. leucopus seraient en expansion dans le sud du Québec. Cette étude nous a finalement permis d’émettre des hypothèses sur le patron d’établissement de la maladie de Lyme au Québec.

Caractérisation et évaluation de la virulence de souches cliniques de Clostridium perfringens chez le poulet à griller élevé sans antibiotique.

réalisé en cotutelle avec Marie Archambault

Molecular Characterization and Gene Expression Profiling of Antimicrobial Peptides in Penaeid Shrimps

The constitutive production of AMPs in shrimps ensures that animals are able to protect themselves from low-level assaults by pathogens present in the environment. As these molecules play important roles in the shrimp immune defense system, the expression level of these AMPs are possible indicators of the immune state of shrimps. The present study also indicates the antiviral property of AMPs, especially ALF, stressing the importance of their up-regulation through the application of immunostimulants/probiotics as a prophylactic strategy in aquaculture. The present study shows that shrimp defense system is equipped enough to evade WSSV infection to a certain extent, when the animals were maintained on marine yeast and probiotic diet, whereas the control diet fed group succumbed to WSSV infection. This study reveals that marine yeast and probiotic supplemented diet can delay the process of WSSV infection and confer greater protection to the animals. Particularly, the protection conferred by marine yeast, C. haemulonii S27 and Bacillus MCCB101 were highly promising imparting greater hope to the aquaculture community to overcome the prevailing disease problems in aquaculture. It may be inferred from the present study that up-regulation of AMP genes could be effected by the application of immunostimulants and probiotics. Also, AMP expression profile could be used as an effective tool for screening immunostimulants and probiotics for application in shrimp culture. Ultimately, it is likely that no single compound or strategy will provide a solution to the problem of disease within aquaculture and that, in reality, a suite of techniques will be required including the manipulation of the rearing environment, addition of probionts as a matter of routine during culture, and the use of immunostimulants and other supplements during vulnerable growth phases. Finally, the development of good management practices, the control of environmental variables, genetic improvement in the penaeid species, understanding of host-virus interaction, modulation of the shrimp immune system, supported by functional genomics and proteomics of this crustacean, as a whole suggests that the control of WSSV is not far.

Spezifität der quantitativen Resistenz von Blättern und Früchten der Tomate (Lycopersicon ssp. L.) gegenüber Phytophthora infestans (Mont.) de Bary.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen Beitrag zur Resistenzforschung bei Tomaten gegenüber P. infestans zu leisten, um erste Grundlagen für eine mögliche Züchtungsstrategie auf Basis unterschiedlicher quantitativer Resistenzen zu erarbeiten. Hierzu wurde untersucht, inwieweit unterschiedliche qualitative und quantitative Resistenzen bei Tomatenblättern und -früchten vorliegen, und ob hierfür verantwortliche Mechanismen identifiziert werden können. Zudem wurde untersucht, ob isolatspezifische quantitative Resistenzen identifiziert werden können. Zu diesem Zweck wurde mit einer erweiterten Clusteranalyse, basierend auf einer modifizierten Sanghvi-T2 Distanz, ein statistisches Verfahren entwickelt, welches die Identifikation von quantitativen, isolatspezifischen Resistenzen unter der Berücksichtigung der Variabilität ermöglicht. Des weiteren wurde geprüft, inwieweit zwischen den Resistenzausprägungen auf dem Blatt und den Resistenzausprägungen auf der Frucht ein Zusammenhang besteht und inwieweit die im Labor beobachteten Resistenzen unter Freilandbedingungen eine Rolle spielen. Im Labortest wurde die qualitative und quantitative Blattresistenz von 109 Akzessionen aus elf Lycopersicon und Solanum Arten gegenüber zwölf unterschiedlich aggressiven und teilweise auch unterschiedlich virulenten P. infestans Isolaten untersucht (Kap. 3). Die Früchte von 38 Tomatensorten wurden auf ihre Resistenz gegenüber drei P. infestans Isolaten geprüft. Zusätzlich wurde der Einfluss der Fruchtnachreife auf die Resistenzeigenschaften der Tomatenfrüchte gegenüber P. infestans analysiert (Kap. 4). Insgesamt 40 Sorten wurden auch unter Feldbedingungen auf Blatt- und Fruchtbefall untersucht (Kap. 5). Die frühen Stadien der Infektion von Tomatenblättern mit P. infestans Sporangien wurden mikroskopisch bei acht Tomatensorten mit unterschiedlichen quantitativen Reaktionsprofilen und drei Isolaten untersucht (Kap. 6). Hierzu wurden die Entwicklungsstadien von P. infestans Sporangien nach 24h, 48h und 60h nach der Inokulation auf und im Blatt mit der Calcofluor und der KOH - Anilin Blau Färbung sichtbar gemacht. Das Auftreten und die Lokalisation von H2O2 im Blatt nach 48h und 60h nach der Inokulation in Reaktion auf die Infektion wurde mithilfe einer DAB (3,3′ - Diaminobenzidine) Färbung untersucht. Es wurden einige, z.T. auch wahrscheinlich neue, qualitative Blattresistenzen gegenüber P. infestans gefunden, jedoch war keine der 109 Akzessionen vollständig resistent gegenüber allen Isolaten. Für die quantitative Resistenz von Blättern lagen in vielen Fällen isolatspezifische Unterschiede vor. Die Sorte x Isolat Interaktionen konnten mit Hilfe der erweiterten Clusteranalyse erfolgreich analysiert werden und die Akzessionen in Gruppen mit unterschiedlichen quantitativen Resistenzprofilen bzgl. der Interaktion mit den Isolaten und des Resistenzniveaus eingeteilt werden. Für die Fruchtresistenz konnten keine qualitativen Resistenzen gegenüber den drei getesteten Isolaten gefunden werden. Im Gegensatz dazu unterschieden sich die Tomatensorten in ihrer quantitativen Resistenz und Sorten und Isolate interagierten signifikant. Auch für die Fruchtresistenz konnten Gruppen mit unterschiedlichen quantitativen Reaktionsprofilen gebildet werden. Insgesamt nimmt die Anfälligkeit von Tomatenfrüchten mit zunehmender Reife kontinuierlich und signifikant ab. Unter Laborbedingungen korrelierten nur die Sporulationskapazität der Früchte und der prozentuale Blattbefall. Im Feldversuch über zwei Jahre und mit bis zu 40 Tomatensorten war der Zusammenhang hoch signifikant, jedoch asymptotisch, d.h. bereits bei sehr geringem Blattbefall war der Fruchtbefall sehr hoch. Bei den Tomatenherkünften, die sowohl im Labor als auch im Feld auf ihre Anfälligkeit getestet wurden, erschienen die Blattanfälligkeiten ähnlich, während kein klarer Zusammenhang zwischen der Fruchtanfälligkeit im Feld und im Labor bestand. Die Entwicklung von P. infestans auf der Blattoberfläche war unabhängig von der Sorte. Sowohl beim Eindringen und der Etablierung von P. infestans ins Blatt als auch bei der damit verbunden H2O2 Aktivität im Wirt wurden deutliche isolat- und sortenspezifische Effekte gefunden, die aber nur zum Teil mit den quantitativen Unterschieden der Blattresistenz korrespondierten. Sorten, die bei hoher Resistenz unterschiedliche Reaktionsprofile aufweisen, sind grundsätzlich interessante Kreuzungspartner, um die quantitative Resistenz gegenüber P. infestans zu verbessern. Hier sind vor allem Sorten, die sich auch in ihrer H2O2 Aktivität unterscheiden von Interesse.

Membrane ruffling and invasion of human and avian cell lines is reduced for aflagellate mutants of Salmonella enterica serotype Enteritidis

Independent studies have demonstrated that flagella are associated with the invasive process of Salmonella enterica serotypes, and aflagellate derivatives of Salmonella enterica serotype Enteritidis are attenuated in murine and avian models of infection. One widely held view is that the motility afforded by flagella, probably aided by chemotactic responses, mediates the initial interaction between bacterium and host cell. The adherence and invasion properties of two S. Enteritidis wild-type strains and isogenic aflagellate mutants were assessed on HEp-2 and Div-1 cells that are of human and avian epithelial origin, respectively. Both aflagellate derivatives showed a significant reduction of invasion compared with wild type over the three hours of the assays. Complementation of the defective fliC allele recovered partially the wild-type phenotype. Examination of the bacterium-host cell interaction by electron and confocal microscopy approaches showed that wild-type bacteria induced ruffle formation and significant cytoskeletal rearrangements on HEp-2 cells within 5 minutes of contact. The aflagellate derivatives induced fewer ruffles than wild type. Ruffle formation on the Div-1 cell line was less pronounced than for HEp-2 cells for wild-type S. Enteritidis. Collectively, these data support the hypothesis that flagella play an active role in the early events of the invasive process.

New insights into probiotic mechanisms: a harvest from functional and metagenomic studies

There has been continued and expanding recognition of probiotic approaches for treating gastrointestinal and systemic disease, as well as increased acceptance of probiotic therapies by both the public and the medical community. A parallel development has been the increasing recognition of the diverse roles that the normal gut microbiota plays in the normal biology of the host. This advance has in turn has been fed by implementation of novel investigative technologies and conceptual paradigms focused on understanding the fundamental role of the microbiota and indeed all commensal bacteria, on known and previously unsuspected aspects of host physiology in health and disease. This review discusses current advances in the study of the host-microbiota interaction, especially as it relates to potential mechanisms of probiotics. It is hoped these new approaches will allow more rational selection and validation of probiotic usage in a variety of clinical conditions.

Effects of plant pathogens on population dynamics and community composition in grassland ecosystems: two case studies

Grassland ecosystems comprise a major portion of the earth’s terrestrial surface, ranging from high-input cultivated monocultures or simple species mixtures to relatively unmanaged but dynamic systems. Plant pathogens are a component of these systems with their impact dependent on many interacting factors, including grassland species population dynamics and community composition, the topics covered in this paper. Plant pathogens are affected by these interactions and also act reciprocally by modifying their nature. We review these features of disease in grasslands and then introduce the 150-year long-term Park Grass Experiment (PGE) at Rothamsted Research in the UK. We then consider in detail two plant-pathogen systems present in the PGE, Tragopogon pratensis-Puccinia hysterium and Holcus lanata-Puccinia coronata. These two systems have very different life history characteristics: the first, a biennial member of the Asteraceae infected by its host-specific, systemic rust; the second, a perennial grass infected by a host-non-specific rust. We illustrate how observational, experimental and modelling studies can contribute to a better understanding of population dynamics, competitive interactions and evolutionary outcomes. With Tragopogon pratensis-Puccinia hysterium, characterised as an “outbreak” species in the PGE, we show that pathogen-induced mortality is unlikely to be involved in host population regulation; and that the presence of even a short-lived seed-bank can affect the qualitative outcomes of the host-pathogen dynamics. With Holcus lanata-Puccinia coronata, we show how nutrient conditions can affect adaptation in terms of host defence mechanisms, and that co-existence of competing species affected by a common generalist pathogen is unlikely.

The population dynamics of disease on short and long time-scales

Observational evidence is scarce concerning the distribution of plant pathogen population sizes or densities as a function of time-scale or spatial scale. For wild pathosystems we can only get indirect evidence from evolutionary patterns and the consequences of biological invasions.We have little or no evidence bearing on extermination of hosts by pathogens, or successful escape of a host from a pathogen. Evidence over the last couple of centuries from crops suggest that the abundance of particular pathogens in the spectrum affecting a given host can vary hugely on decadal timescales. However, this may be an artefact of domestication and intensive cultivation. Host-pathogen dynamics can be formulated mathematically fairly easily–for example as SIR-type differential equation or difference equation models, and this has been the (successful) focus of recent work in crops. “Long-term” is then discussed in terms of the time taken to relax from a perturbation to the asymptotic state. However, both host and pathogen dynamics are driven by environmental factors as well as their mutual interactions, and both host and pathogen co-evolve, and evolve in response to external factors. We have virtually no information about the importance and natural role of higher trophic levels (hyperpathogens) and competitors, but they could also induce long-scale fluctuations in the abundance of pathogens on particular hosts. In wild pathosystems the host distribution cannot be modelled as either a uniform density or even a uniform distribution of fields (which could then be treated as individuals). Patterns of short term density-dependence and the detail of host distribution are therefore critical to long-term dynamics. Host density distributions are not usually scale-free, but are rarely uniform or clearly structured on a single scale. In a (multiply structured) metapopulation with coevolution and external disturbances it could well be the case that the time required to attain equilibrium (if it exists) based on conditions stable over a specified time-scale is longer than that time-scale. Alternatively, local equilibria may be reached fairly rapidly following perturbations but the meta-population equilibrium be attained very slowly. In either case, meta-stability on various time-scales is a more relevant than equilibrium concepts in explaining observed patterns.

Global transcriptome analysis and identification of differentially expressed genes after infection of Fragaria vesca with powdery mildew (Podosphaera aphanis)

Background: Podosphaera aphanis, the causal agent of strawberry powdery mildew causes significant economic loss worldwide. Methods: We used the diploid strawberry species Fragaria vesca as a model to study plant pathogen interactions. RNA-seq was employed to generate a transcriptome dataset from two accessions, F. vesca ssp. vesca Hawaii 4 (HW) and F. vesca f. semperflorens Yellow Wonder 5AF7 (YW) at 1 d (1 DAI) and 8 d (8 DAI) after infection. Results: Of the total reads identified about 999 million (92%) mapped to the F. vesca genome. These transcripts were derived from a total of 23,470 and 23,464 genes in HW and YW, respectively from the three time points (control, 1 and 8 DAI). Analysis identified 1,567, 1,846 and 1,145 up-regulated genes between control and 1 DAI, control and 8 DAI, and 1 and 8 DAI, respectively in HW. Similarly, 1,336, 1,619 and 968 genes were up-regulated in YW. Also 646, 1,098 and 624 down-regulated genes were identified in HW, while 571, 754 and 627 genes were down-regulated in YW between all three time points, respectively. Conclusion: Investigation of differentially expressed genes (log2 fold changes �5) between control and 1 DAI in both HW and YW identified a large number of genes related to secondary metabolism, signal transduction; transcriptional regulation and disease resistance were highly expressed. These included flavonoid 3´-monooxygenase, peroxidase 15, glucan endo-1,3-β-glucosidase 2, receptor-like kinases, transcription factors, germin-like proteins, F-box proteins, NB-ARC and NBS-LRR proteins. This is the first application of RNA-seq to any pathogen interaction in strawberry

Clubroot (Plasmodiophora brassicae Woronin): an agricultural and biological challenge worldwide

Clubroot disease and the causal microbe Plasmodiophora brassicae offer abundant challenges to agriculturists and biological scientists. This microbe is well fitted for the environments which it inhabits. Plasmodiophora brassicae exists in soil as microscopic well protected resting spores and then grows actively and reproduces while shielded inside the roots of host plants. The pathogen is active outside the host for only short periods. Consequently, scientific studies are made challenging by the biological context of the host and pathogen and the technology required to investigate and understand that relationship. Controlling clubroot disease is a challenge for farmers, crop consultants and plant pathology practitioners because of the limited options which are available. Full symptom expression happens solely in members of the Brassicaceae family. Currently, only a few genes expressing strong resistance to P. brassicae are known and readily available. Agrochemical control is similarly limited by difficulties in molecule formulation which combines efficacy with environmental acceptability. Manipulation of husbandry encouraging improvements in soil structure, texture, nutrient composition and moisture content can reduce populations of P. brassicae. Integrating such strategies with rotation and crop management will reduce but not eliminate this disease. There are indications that forms of biological competition may be mobilised as additions to integrated control strategies. The aim of this review is to chart key themes in the development of scientific biological understanding of this host-pathogen relationship by offering signposts to grapple with clubroot disease which devastates crops and their profitability. Particular attention is given to the link between soil and nutrient chemistry and activity of this microbe.