Plant–fungi interactions in <i>Marchantia polymorpha</i> are associated with horizontal gene transfer and terpene metabolism

K Karima El Mahboubi (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse) C Chloé Beaulieu (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse) B Baptiste Castel (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse) C Cyril Libourel (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Université Toulouse III Paul Sabatier, Institut National Polytechnique Toulouse) N Nathanaël Jariais (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse) E Emilie Amblard (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse) F Fabian van Beveren (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Université Toulouse III Paul Sabatier, Institut National Polytechnique Toulouse) J Jean Keller (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique Toulouse) Y Yves Martinez (Fédération de Recherche 3450, Plateforme Imagerie, Pôle de Biotechnologie Végétale) J Jessica M. Nelson (Natural History Museum, University of Oslo) M Maxime Bonhomme (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse) C Christophe Jacquet (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse) P Pierre-Marc Delaux (Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique Toulouse)

Abstract

The liverwort Marchantia polymorpha has emerged as a model for studying plant immunity in bryophytes, providing unique insights into conserved defense mechanisms across land plants. By contrast, Marchantia-specific immune mechanisms remained largely underexplored. In this study, we investigated the genetic basis of quantitative resistance in M. polymorpha against the fungal pathogen Colletotrichum nymphaeae , a naturally occurring compatible parasite. Through a combination of phenotypic, cytological, and transcriptomic approaches, combined with genome-wide association studies (GWAS), we identified key defense-related genes and pathways. Leveraging the biological and genetic variability present in a collection of natural M. polymorpha accessions, we highlight the role of horizontally transferred microbial-like terpene synthase genes, which may contribute to the exceptional terpene diversity of liverworts and potentially play a role in pathogen resistance. GWAS uncovered candidate loci associated with resistance traits, implicating both core immune components and specialized metabolic pathways. Transcriptomic analyses performed on two accessions with contrasting phenotypes after inoculation with C. nymphaeae revealed the upregulation of accession-specific and horizontally acquired genes. These results provide insights into the specific molecular underpinnings of bryophyte immunity and underscore the evolutionary significance of horizontal gene transfer and specialized metabolites in shaping plant–pathogen interactions.

Article Details

Volume / Issue Vol. 123, Issue 6
Published February 10, 2026
ISSN 0027-8424
Publisher National Academy of Sciences

Authors (13)

K

Karima El Mahboubi

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse

C

Chloé Beaulieu

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse

B

Baptiste Castel

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse

C

Cyril Libourel

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Université Toulouse III Paul Sabatier, Institut National Polytechnique Toulouse

N

Nathanaël Jariais

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse

E

Emilie Amblard

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse

F

Fabian van Beveren

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Université Toulouse III Paul Sabatier, Institut National Polytechnique Toulouse

J

Jean Keller

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique Toulouse

Y

Yves Martinez

Fédération de Recherche 3450, Plateforme Imagerie, Pôle de Biotechnologie Végétale

J

Jessica M. Nelson

Natural History Museum, University of Oslo

M

Maxime Bonhomme

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse

C

Christophe Jacquet

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique-AgroToulouse

P

Pierre-Marc Delaux

Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales, Université de Toulouse, CNRS, Institut National Polytechnique Toulouse