MAT genes as phylogenetic markers in the genus Lasiodiplodia

Abstract

Lasiodiplodia species, members of the family Botryosphaeriaceae, are pathogenic or endophytic fungi that can infect a broad range of plants, some with high economic value. This genus comprises more than 50 species described to date, based on morphological and phylogenetic analysis. In Botryosphaeriaceae, and in Lasiodiplodia, cryptic speciation is common and hybridization may occur, which makes species delimitation based on morphological characters unreliable. For this reason, species delimitation is based on the General Concordance Phylogenetic Species Recognition (GCPSR) criterium using a multi-locus phylogenetic analysis. Mating type (MAT) genes are the master regulators of sexual reproduction in fungi, they control several functions like mating combability or cellular differentiation. In this study specific sets of primers were designed for amplification and sequencing of MAT genes in all Lasiodiplodia species studied. A PCR-based mating type diagnostic assay was developed. Heterothallism was the most common state among all isolates. The potential of mating type gene sequences for species delimitation was also evaluated. These were compared with conventional molecular markers, namely, ribosomal internal transcribed spacer region (ITS) and partial sequence of the translation elongation factor 1-alpha gene (tef1-α). The results obtained show that MAT genes are able to delimit species in Lasiodiplodia with higher resolution power than the conventional molecular markers. Thereby, MAT genes represent a useful tool to differentiate cryptic species in the genus Lasiodiplodia.

Espécies de Lasiodiplodia, pertencentes à família Botryosphaeriaceae, são fungos patogénicos ou endofíticos, que podem infetar diferentes tipos de plantas globalmente. Este género contém mais de 50 espécies descritas até a data com base em caracteres morfológicos e análise filogenética. Em Botryosphaeriaceae, e em Lasiodiplodia, as espécies crípticas são comuns e em alguns casos pode ocorrer hibridação. Estes dois fenómenos levam a que diferenciação de espécies com base em caracteres morfológicos seja pouco confiável. Por esta razão, a delimitação de espécies é feita com base no critério GCPSR (General Concordance Phylogenetic Species Recognition), onde a delimitação é com base numa análise multi-locus. Os genes mating type (MAT) são os reguladores chave da reprodução sexual dos fungos, onde controlam várias funções como, diferenciação celular ou determinação da compatibilidade sexual. Neste estudo foram desenvolvidos conjuntos específicos de primers para a amplificação e sequenciação dos genes MAT nas espécies de Lasiodiplodia estudadas. Foi desenvolvido um ensaio de PCR padronizado específico para estes genes. O heterotalismo foi a estratégia sexual mais comum encontrada nas espécies estudadas. Foi também avaliado o potencial dos genes MAT como marcadores filogenéticos para delimitar espécies em Lasiodiplodia. Estes foram comparados com marcadores mais convencionais, nomeadamente a região internal transcribed spacer (ITS) do cluster ribossomal e o gene que codifica para o fator de alongamento da transcrição 1-alfa (tef1-α). Os resultados obtidos mostram que os genes MAT são capazes de discriminar entre espécies com um poder de resolução superior aos marcadores convencionais usados. Os genes MAT representam assim uma ferramenta útil para diferenciar entre espécies crípticas dentro do género Lasiodiplodia.