One-third of all protein-coding genes from bacterial genomes cannot be annotated with a function. Here, to investigate the functions of these genes, we present genome-wide mutant fitness data from 32 diverse bacteria across dozens of growth conditions. We identified mutant phenotypes for 11,779 protein-coding genes that had not been annotated with a specific function. Many genes could be associated with a specific condition because the gene affected fitness only in that condition, or with another gene in the same bacterium because they had similar mutant phenotypes. Of the poorly annotated genes, 2,316 had associations that have high confidence because they are conserved in other bacteria. By combining these conserved associations with comparative genomics, we identified putative DNA repair proteins; in addition, we propose specific functions for poorly annotated enzymes and transporters and for uncharacterized protein families. Our study demonstrates the scalability of microbial genetics and its utility for improving gene annotations. A large-scale mutagenesis screen identifies mutant phenotypes for over 11,000 protein-coding genes in bacteria that had previously not been assigned a specific function.

The function of nearly half of all protein-coding genes identified in bacterial genomes remains unknown. To systematically explore the functions of these proteins, we generated saturated transposon mutant libraries from 25 diverse bacteria and we assayed mutant phenotypes across hundreds of distinct conditions. From 3,903 genome-wide mutant fitness assays, we obtained 14.9 million gene phenotype measurements and we identified a mutant phenotype for 8,487 proteins with previously unknown functions. The majority of these hypothetical proteins (57%) had phenotypes that were either specific to a few conditions or were similar to that of another gene, thus enabling us to make informed predictions of protein function. For 1,914 of these hypothetical proteins, the functional associations are conserved across related proteins from different bacteria, which confirms that these associations are genuine. This comprehensive catalogue of experimentally-annotated protein functions also enables the targeted exploration of specific biological processes. For example, sensitivity to a DNA-damaging agent revealed 28 known families of DNA repair proteins and 11 putative novel families. Across all sequenced bacteria, 14% of proteins that lack detailed annotations have an ortholog with a functional association in our data set. Our study demonstrates the utility and scalability of high-throughput genetics for large-scale annotation of bacterial proteins and provides a vast compendium of experimentally-determined protein functions across diverse bacteria.