Autor: CUESTA MORRONDO, Sara

Título: A genomic perspective of the determinants of pathogenicity, host specificity and plant colonization by Xanthomonas arboricola

Fecha: 2026

Materia: ---

Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS

Departamento: SIN DEPARTAMENTO DEFINIDO

Acceso electrónico: https://oa.upm.es/92404/

Director/a(s):

• Director/a: CUBERO DABRIO, Jaime
• Director/a: GARITA CAMBRONERO, Jerson Martín

Resumen: Xanthomonas arboricola is a species of Gram-negative, plant-associated bacteria which includes three major pathovars with significant agricultural and economic impact. X. arboricola pathovar (pv.) pruni (Xap), causes bacterial spot in Prunus spp.; X. arboricola pv. juglandis (Xaj) affects walnut (Juglans spp.), leading to walnut bacterial blight (WBB), brown apical necrosis (BAN), and vertical oozing canker (VOC); and X. arboricola pv. corylina (Xac) causes bacterial blight of hazelnut (Corylus spp.). Furthermore, the species encompasses four less economically relevant pathovars with lower incidence and spread, namely pvs. celebensis, arracaciae, fragariae and zantedeschiae; as well as other strains without pathovar affiliation. The overall objective of this thesis has been to conduct genomic analysis, complemented by phenotypic studies, that not only provided a precise identification of the X. arboricola strains, but also allowed for the unraveling of the mechanisms underlying the infection and colonization processes by these bacteria. The complete genomes of two strains belonging to each of the most economically relevant pathovars were obtained. These genomes improved the previous assemblies and allowed an exhaustive comparative study of virulence factors involved in disease development, specifically the secretion systems and their substrates. This analysis led to the observation of some conserved systems, including the type II (T2SS) and type III (T3SS) secretion systems; but also to the discovery of some putative strain or pathovar-specific features. Furthermore, the complete genomes permitted the study of the secretion systems involved in interbacterial competition. The results showed that the studied strains lacked the type VI secretion system (T6SS) but harbored the type IV secretion system (T4SS) with a variable set of effectors. Moreover, functional analysis demonstrated that the T4SS was effective in killing bacterial competitors. The complete genomic analysis also allowed the reclassification of two cherry-isolated strains of X. arboricola that had previously been considered as Xap. Comparative genomic analysis, complemented with pathogenicity and molecular tests, revealed that these strains belong to the species X. arboricola, but differ from Xap, which has important implications for their regulatory status and management strategies. x Finally, an extensive analysis of available X. arboricola genomes deposited in GenBank, showed that the genomes from less relevant pathovars as well as the non-affiliated ones, clustered into two groups, G1 and G2, distinct from Xap, Xac and Xaj. Genomic comparisons identified differences in the T3SS and type III effectors (T3Es) content across the different pathovars and groups. The results indicated that, while Xap, Xaj and Xac harbored T3SS and a large T3Es repertoire, strains in G1 harbored T3SS and a reduced set of T3Es, whereas G2 strains completely lacked this system and presented a minimal repertoire of T3Es. Furthermore, differences in the hydrolytic enzymes sets, as well as in the macerating capacities and amylolytic activities of the different pathovars and groups were also observed. These results, together with the pathogenicity reported in the literature, suggest that strains in G1 and G2 may present a commensal lifestyle, although some strains could behave as opportunistic pathogens under suitable circumstances. This study improves the understanding of X. arboricola, emphasizing the need to clarify its infection and colonization mechanisms to develop effective control strategies and to use genomic-based identification for accurate risk assessment and regulation. RESUMEN Xanthomonas arboricola es una especie de bacterias Gram-negativas asociadas a plantas que incluye tres patovares con un impacto agrícola y económico significativo. X. arboricola patovar (pv.) pruni (Xap) causa la mancha bacteriana en especies de Prunus spp.; X. arboricola pv. juglandis (Xaj) afecta al nogal (Juglans spp.), provocando la peste bacteriana del nogal (WBB), la necrosis apical parda (BAN) y el chancro exudativo vertical (VOC); y X. arboricola pv. corylina (Xac) causa el tizón bacteriano del avellano (Corylus spp.). Además, la especie comprende otros cuatro patovares de menor relevancia económica, con baja incidencia y distribución: pvs. celebensis, arracaciae, fragariae y zantedeschiae; así como otras cepas sin afiliación a patovar. El objetivo general de esta tesis ha sido realizar un análisis genómico, complementado con estudios fenotípicos, que no solo proporcionara una identificación precisa de las cepas de X. arboricola, sino que también permitiera identificar los mecanismos subyacentes a los procesos de infección y colonización por estas bacterias. Se obtuvieron los genomas completos de dos cepas pertenecientes a cada uno de los patovares más relevantes. Estos genomas mejoraron los ensamblajes previos y permitieron un estudio comparativo exhaustivo de los factores de virulencia implicados en el desarrollo de la enfermedad, en particular los sistemas de secreción y sus sustratos. Este análisis llevó a la identificación de algunos sistemas conservados, incluidos el sistema de secreción tipo II (T2SS) y el sistema de secreción tipo III (T3SS); pero también al descubrimiento de posibles características específicas de cepa o patovar. Asimismo, los genomas completos facilitaron el estudio de los sistemas de secreción implicados en la competencia interbacteriana. Los resultados mostraron que las cepas analizadas carecían del sistema de secreción tipo VI (T6SS), pero poseían el tipo IV (T4SS) con un conjunto variable de efectores. Además, los análisis funcionales demostraron que el T4SS era efectivo para eliminar competidores bacterianos. El análisis genómico completo también permitió la reclasificación de dos cepas de X. arboricola aisladas de cerezo, previamente consideradas como Xap. El análisis genómico comparativo, complementado con pruebas de patogenicidad y moleculares, reveló que estas cepas pertenecen a la especie X. arboricola, pero difieren de Xap, lo que tiene importantes implicaciones para su estatus regulatorio y las estrategias de manejo. Finalmente, un análisis exhaustivo de los genomas disponibles de X. arboricola depositados en GenBank mostró que los genomas de los patovares menos relevantes y los no afiliados se agrupan en dos grupos, G1 y G2, distintos de Xap, xii Xac y Xaj. Las comparaciones genómicas identificaron diferencias en el contenido de T3SS y en los efectores de tipo III (T3Es) entre los diferentes patovares y grupos. Los resultados indicaron que, mientras Xap, Xaj y Xac portaban T3SS y un amplio repertorio de T3Es, las cepas de G1 presentaban T3SS y un conjunto reducido de T3Es, mientras que las cepas de G2 carecían de este sistema y presentaban un repertorio mínimo de T3Es. Además, también se observaron diferencias en los conjuntos de enzimas hidrolíticas, así como en la capacidad de maceración y en la actividad amilolítica de los diferentes patovares y grupos. Estos resultados, junto con los datos de patogenicidad reportados en la literatura, sugieren que las cepas de G1 y G2 podrían presentar un estilo de vida comensal, aunque algunas cepas podrían comportarse además como patógenos oportunistas en circunstancias adecuadas. Este estudio mejora la comprensión de X. arboricola, enfatizando la necesidad de dilucidar sus mecanismos de infección y colonización para desarrollar estrategias de control efectivas, así como de utilizar la identificación basada en genómica para una evaluación de riesgos y regulación más precisa.