ABSTRACT The rhizosphere, which serves as the primary interface between plant roots and the soil, constitutes an ecological niche for a huge diversity of microbial communities. Currently, there is little knowledge on the nature and the function of the different metabolites released by rhizospheric microbes to facilitate colonization of this highly competitive environment. Here, we demonstrate how the production of galbonolides, a group of polyene macrolides that inhibit plant and fungal Inositol Phosphorylceramide Synthase (IPCS), empowers the rhizospheric Streptomyces strain AgN23, to thrive in the rhizosphere by triggering the plant’s defence mechanisms. Metabolomic analysis of AgN23-inoculated Arabidopsis roots revealed a strong induction in the production of an indole alkaloid, camalexin, which is a major phytoalexin in Arabidopsis . By using a plant mutant compromised in camalexin synthesis, we show that camalexin production is necessary for the successful colonization of the rhizosphere by AgN23. Conversely, hindering galbonolides biosynthesis in AgN23 knock-out mutant resulted in loss of inhibition of IPCS, a deficiency in plant defence activation, notably the production of camalexin, and a strongly reduced development of the mutant bacteria in the rhizosphere. Together, our results identified galbonolides as important metabolites mediating rhizosphere colonisation by Streptomyces . Abstract Figure Graphical Abstract Model summarizing the mode of action of galbonolides in stimulating plant defence to support AgN23 colonization of the rhizosphere. Galbonolides secretion by Streptomyces sp. AgN23 trigger Inositol Phosphoceramide Synthase (IPCS) inhibition in Arabidopsis root cells (orange arrow). The resulting raise in Ceramide precursors of the IPCS may result in the different defence responses associated to AgN23: Hypersensitive Responses (HR), Salicylic Acid (SA) signalling, nuclear Ca 2+ influx, defence gene expression and camalexin biosynthesis. This production of camalexin (blue arrow) exert a positive effect on AgN23 growth in the rhizosphere, presumably by restricting the growth of bacterial and fungal competitors sensitive to this phytoalexin. In addition, galbonolides secretion in the rhizosphere may also directly interfere with fungal competitors of AgN23.

Summary To ensure their water and mineral nutrition, most land plants form arbuscular mycorrhiza (AM) with soil-borne Glomeromycota fungi 1 . This ∼450 million years old symbiosis was key in driving land colonisation by plants 2 . In angiosperms, AM is thought to be initiated via the perception by the host plant of AM-fungi derived chito- and lipochito-oligosaccharides leading to the activation of a conserved signalling pathway referred to as the Common Symbiosis Pathway 3 . Genetics in legumes and monocots have demonstrated that members of the Lysin motif Receptor-Like Kinase (LysM-RLK) family are important for the perception of these AM-fungi derived molecules, although none of the LysM-RLK mutants or combination of mutants described to date fully abolish AM 4 . This discrepancy with the phenotypes observed for components of the CSP, which fail to host AM fungi, might be the result of genetic redundancy between the multiple LysM-RLK paralogs found in these species. In contrast to angiosperms, the liverwort Marchantia paleacea contains only four LysM-RLKs. In this study, we demonstrate the essential role of one LysM-RLK for AM in M. paleacea . Furthermore, we present evidence that Marchantia’s ability to respond to chito- or lipochito-oligosaccharides is not a predictor of its symbiotic ability, suggesting the existence of yet uncharacterized AM-fungi signals. Highlights The LysM-RLK LYKa is essential for arbuscular mycorrhiza in Marchantia paleacea The only LYR from Marchantia paleacea is not required for arbuscular mycorrhiza LYKa and LYR are both required for chito- and lipochito-oligosaccharide signalling Lipochito- and chito-oligosaccharide signalling is not essential for arbuscular mycorrhiza in Marchantia paleacea

Abstract The rhizosphere, which serves as the primary interface between plant roots and the soil, constitutes an ecological niche for a huge diversity of microbial communities. Currently, there is little knowledge on the nature and the function of the different metabolites released by rhizospheric microbes to facilitate colonization of this highly competitive environment. Here, we demonstrate how the production of galbonolides, a group of polyene macrolides that inhibit plant and fungal inositol phosphorylceramide synthase (IPCS), empowers the rhizospheric Streptomyces strain AgN23, to thrive in the rhizosphere by triggering the plant’s defence mechanisms. Metabolomic analysis of AgN23-inoculated Arabidopsis roots revealed a strong induction in the production of an indole alkaloid, camalexin, which is a major phytoalexin in Arabidopsis. By using a plant mutant compromized in camalexin synthesis, we show that camalexin production is necessary for the successful colonization of the rhizosphere by AgN23. Conversely, hindering galbonolides biosynthesis in AgN23 knock-out mutant resulted in loss of inhibition of IPCS, a deficiency in plant defence activation, notably the production of camalexin, and a strongly reduced development of the mutant bacteria in the rhizosphere. Together, our results identified galbonolides as important metabolites mediating rhizosphere colonization by Streptomyces.