Colonization studies of Clavibacter michiganensis in fruit and xylem of diverse Solanum species

321 pagesBacterial canker of tomato is an economically devastating disease with a worldwide distribution caused by the gram-positive pathogen Clavibacter michiganensis. The seedborne pathogen systemically colonizes the tomato xylem, causing unilateral leaflet wilt, stem and petiole cankers, marginal leaf necrosis, and plant death. Splash dispersal of the bacterium onto fruit exteriors causes bird’s-eye lesions, which are characterized as necrotic centers surrounded by white halos. The pathogen can colonize developing seeds systemically through the xylem and through penetration of fruit tissues from the exterior. There are no commercially available resistant tomato cultivars, and copper-based bactericides have limited efficacy for controlling the disease once the pathogen is in the xylem. This dissertation describes differences in pathogen colonization of xylem and fruit between tolerant and susceptible Solanum species, demonstrating that C. michiganensis is impeded in systemic and intravascular spread in the xylem, and is capable of causing bird’s-eye lesions on wild tomato fruit. The size at which S. lycopersicum fruit inoculated with C. michiganensis and two additional bacterial pathogens begins developing lesions, peaks in susceptibility, and ceases developing lesions was determined in wildtype and ethylene-responsive mutants. Changes in chemical composition of xylem sap from susceptible S. lycopersicum and tolerant S. habrochaites plants during C. michiganensis infection was determined using untargeted metabolomics. Finally, a high-resolution proteome of C. michiganensis pellets and supernatant samples was generated and used to refine the reference genome. Together, these data provide a deeper understanding of C. michiganensis colonization of diverse host tissues, as well as host responses that may contribute to symptom development. Cancro bacteriano es una de las peores enfermedades del jitomate en el mundo y es causada por el patógeno Gram-positivo, Clavibacter michiganensis. El patógeno es dispersado por semillas contaminadas, y coloniza el xilema de la planta donde puede causar marchitamiento unilateral de la hoja, cancros en el tallo, hojas quemadas por los bordes y muerte de la planta. Agua salpicada que contiene el patógeno puede propagar la infección al exterior de las frutas, causando lesiones de ojo de pájaro que son pequeñas lesiones necróticas rodeadas por un halo blanco. El patógeno puede contaminar semillas sistemáticamente a través del xilema, o desde el exterior de la fruta. No existen variedades resistentes al cancro bacteriano, y la eficacia de los productos a base de cobre es limitada cuando el patógeno ya está en el xilema. Esta disertación describe diferencias en colonización del patógeno en el xilema y las frutas de especies de Solanum que son tolerantes o susceptibles, y demuestra que C. michiganensis está impedida en propagación sistemática e intravascular en el xilema, y es capaz de producir síntomas de ojo de pájaro en las frutas de los jitomates silvestres. Determinamos el tamaño en que las frutas de S. lycopersicum inoculadas con C. michiganensis y dos otras bacterias fitopatogenicas comienzan a exponer lesiones, cuando alcanzan un pico de susceptibilidad, y cuando cesan de exponer lesiones en jitomates naturales y mutantes impedidos en procesos de maduración y producción y percepción de etileno. Cambios en composición química de sabia de xilema de la especie susceptible, S. lycopersicum, y la especie tolerante, S. habrochaites, durante infección con C. michiganensis fue determinada usando metabolómica no dirigida. Finalmente, generamos un proteoma de alta resolución de células precipitadas y el sobrenadante de C. michiganensis que fue usado para refinar el genoma de referencia de la bacteria. Juntos estos datos nos da una comprensión más profunda de colonización de C. michiganensis en tejidos diversos del huésped, y también reacciones del huésped que pueden contribuir al desarrollo de los síntomas de cancro bacteriano