Control of olive anthracnose through gene silencing and gene expression using a plant

Cofinanciado por:
Acronym | GAFAPROTECT
Project title | Control of olive anthracnose through gene silencing and gene expression using a plant
Project Code | ALT20-03-0145-FEDER-028263
Main objective | Reforçar a investigação, o desenvolvimento tecnológico e a inovação

Region of intervention | Alentejo

Beneficiary entity |
  • Universidade de Évora(líder)
  • Universidade do Algarve(parceiro)

Approval date | 12-07-2018
Start date | 15-10-2018
Date of the conclusion | 14-10-2021
Date of extension | 14-10-2022

Total eligible cost | 235904 €
European Union financial support | FEDER - 196862 €
National/regional public financial support | República Portuguesa - 39041 €
Apoio financeiro atribuído à Universidade de Évora | 227779 €

Summary

Colletotrichum spp. is the causal agent of anthracnose in olive, a very common and severe disease in Portugal as well as in other Mediterranean countries. Symptoms typically occur on fruits as necrosis, leading to premature fruit drop or mummification, damaged fruits and poor oil quality. The Portuguese olive cultivar, Galega vulgar, is very susceptible to anthracnose. However, the disease can also severely affect less susceptible varieties under favorable environmental conditions, such as Arbequina and Picual, previously regarded as moderately resistant, and widely cultivated throughout Iberian Peninsula. 

The aim of this work is to develop a control measure against Colletotrichum spp. through RNA interference. RNAi is a mechanism that leads to post transcriptional gene silencing (PTGS). It occurs when double-stranded RNA (dsRNA) molecules are recognized by an organism as foreign, triggering a process in which dsRNA is degraded into ca. 21-24 nt small interfering RNAs (siRNAs) which can then guide an RNase complex to specifically target homologous RNAs, preventing gene expression. This work plan relies on the triggering of Colletotrichum spp. silencing mechanism through VIGS. Virus induced gene silencing (VIGS) allows specific silencing of foreign genes that can be inserted in an optimized virus vector and then inoculated in plants. When a dsRNA sequence of a gene essential for the fungi survival is introduced into a plant through a virus vector, and the fungi “feeds” on that plant, it ingests the plant cytoplasm and acquires the dsRNA; RNAi will be triggered, homologous RNAs will be targeted, the expression of that fungi gene will be prevented and fungi will be destroyed. 

The OMMV, OLV 1 and TNV-D clones will be used to verify their ability to infect the Colletotrichum spp. These three viruses have characteristics that place them as very promising vector tools. Their small genome makes them easy to manipulate, in addition, they are symptomless or cause only mild systemic symptoms in a wide range of crops, which will ease their manipulation into symptomless constructs, and allow their application to a high number of plants. To our knowledge no studies have been done concerning this matter using these small necroviruses. Finally, the created vector will act as a VIGS, capable of replicating in plants and inside fungus, and carrying specific RNA sequences, which will trigger RNAi silencing in Colletotrichum spp. and contribute to the efficient control of the fungus. 

This will give to the plant a significant advantage in its protection against a infection of that fungus. This work plan has a significant interest because no tool like the one that will be developed here are available for plant disease management, leaving eradication or prevention through sanitary measures. Until date, the best control strategy for this fungal disease relies on synthetic fungicides that are unspecific, inefficient, expensive and harmful to the environment. 


Goals, activities and expected/achieved results

Goals

O objetivo deste trabalho é desenvolver uma medida de controle contra o fungo Colletotrichum spp. através do RNA de interferência (RNAi). Um vetor de vírus de expressão eficiente será desenvolvido para expressar dsRNA em Colletotrichum spp. dentro das oliveiras. Os clones de comprimento total bem caracterizados de OMMV, OLV 1 e TNV-D estão disponíveis no laboratório e serão utilizados para verificar sua capacidade de infectar o Colletotrichum spp. Os clones são sistémicos, mas não apresentam sintomas nas plantas e mostraram ser estáveis mantendo estas características após repetidas inoculações. Além disso, nossos estudos anteriores sobre OMMV, OLV1 (Alphanecrovirus) e TNV-D (Betanecrovirus) mostraram que: i) possuem um pequeno genoma de aproximadamente 3700 nts; ii) mover-se sistemicamente nas fábricas e iii) ter uma ampla gama de hospedeiros. Essas características sugerem OMMV, OLV1 e TNV-D como potenciais vetores VIGS. Em alternativa, o recente VIGS desenvolvido, baseado no vírus do mosaico do tabaco (TMV) também será usado como vetor.

Activities

1. Avaliação da capacidade infecção e expressão dos vetores virais em N. benthamiana e em Colletotrichum spp. 

- Vectores OMMV, OLV1 e TNV-D VIGS serão construídos contendo uma proteína verde fluorescente (GFP). A eficiência de cada vetor VIGS será confirmada através da expressão do gene GFP dentro das plantas de N. benthamiana e do fungo Colletotrichum spp.

 

2. Desenvolvimento de um virus que sera utilizado como vetor de silenciamento através da tecnologia RNAi em fungos do genero Colletotrichum. 

- O Vírus-Vector mais eficiente será manipulado para transporter seqüências de genes específicos do Colletotrichum spp. para ser um gatilho de silenciamento de RNAi no fungo.

 

3. Inoculações da ferramenta baseada em vetores em plantas de Oliveira.

- A tecnologia de proteção contra Colletotrichum spp., baseada no uso de vírus como vetor de silenciamento de Colletotrichum spp., será utilizada em ensaios de campo em diferentes cultivares de oliveira.

Results

Este projeto visa desenvolver uma tecnologia baseada no uso de um vírus como vetor do silenciamento através da tecnologia RNAi em fungos do genero Colletotrichum. O plano de trabalho responde às questões agrícolas atuais e urgentes e contribui para o desenvolvimento de investigação de alto nível com base em uma agricultura sustentável. A antracnose é uma doença devastadora em oliveiras e necessita de meios eficientes de controle, atualmente dependentes de fungicidas inespecíficos, ineficientes e extremamente prejudiciais ao meio ambiente. Devido à sua pequena área, Portugal investe na investigação de modos de gestão produtivos e inovadores, que, juntamente com condições favoráveis de solo e de clima, valoriza grandemente os produtos da oliveira. Este plano enquadra-se nesta estratégia nacional de diferenciação dos produtos da azeitona. A tecnologia desenvolvida aqui aumentará a competitividade do setor agro-alimentar através da redução de produtos tóxicos, melhoria da produção de azeitona, diferenciação e antecipação das produções de azeitonas e contribuição para a criação de emprego. Essas metas são integradas na missão do ICAAM, que está direcionada na promoção da sustentabilidade da agricultura mediterrânica e dos ecossistemas relacionados, através da eficiência no uso de fatores de produção; qualidade e valor acrescentado dos produtos agro-alimentares e da integridade dos ecossistemas. A colaboração com os produtores de azeitonas permitirá combinar as necessidades de produção com os resultados da investigação, permitindo que as empresas locais absorvam e se beneficiem da investigção de ponta realizada neste trabalho.

Attribute Type Value
id integer 3771