Abstract The intestines of animals are typically colonized by a complex, relatively stable microbiota that influences health and fitness, but the underlying mechanisms of colonization remain poorly understood. As a typical animal, the fruit fly, Drosophila melanogaster, is associated with a consistent set of commensal bacterial species, yet the reason for this consistency is unknown. Here, we use gnotobiotic flies, microscopy, and microbial pulse-chase protocols to show that a commensal niche exists within the proventriculus region of the Drosophila foregut that selectively binds bacteria with exquisite strain-level specificity. Primary colonizers saturate the niche and exclude secondary colonizers of the same strain, but initial colonization by Lactobacillus physically remodels the niche to favor secondary colonization by Acetobacter . Our results provide a mechanistic framework for understanding the establishment and stability of an intestinal microbiome. One-Sentence Summary A strain-specific set of bacteria inhabits a defined spatial region of the Drosophila gut that forms a commensal niche.

Pseudomonas fluorescens and related plant root- ("rhizosphere") associated species contribute to plant health by modulating defenses and facilitating nutrient uptake. To identify bacterial fitness determinants in the rhizosphere of the model plant Arabidopsis thaliana, we performed a Tn-Seq screen using the biocontrol and growth-promoting strain Pseudomonas sp. WCS365. The screen, which was performed in parallel on wild-type and an immunocompromised Arabidopsis, identified 231 genes that positively affect fitness in the rhizosphere of wild-type plants. A subset of these genes negatively affect fitness in the rhizosphere of immunocompromised plants. We postulated that these genes might be involved in avoiding plant defenses and verified 7 Pseudomonas sp. WCS365 candidate genes by generating clean deletions. We found that two of these deletion strains, ΔmorA (encodes a putative diguanylate cyclase/phosphodiesterase) and ΔspuC (encodes a putrescine aminotransferase) formed enhanced biofilms and inhibited plant growth. Inhibition of plant growth by ΔspuC and ΔmorA was the result of inappropriate induction of pattern triggered immunity (PTI) as measured by induction of an Arabidopsis PTI reporter and FLS2/BAK1-dependent inhibition of plant growth. We found that MorA acts as a phosphodiesterase to inhibit biofilm formation suggesting a possible role in biofilm dispersal. We found that both putrescine and its precursor arginine promote biofilm formation that is enhanced in the ΔspuC mutant, which cannot break down putrescine suggesting that putrescine might serve as a signaling molecule in the rhizosphere. Collectively, this work identified novel bacterial factors required to evade plant defenses in the rhizosphere.

The author has withdrawn this manuscript as it is a revision of a previously posted manuscript 517870. Therefore, the author does not wish this work to be cited as reference for the project. If you have any questions, please contact the corresponding author### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Plant root-associated microbes promote plant growth, in part by the induction of systemic resistance (ISR) to foliar pathogens. In an attempt to find novel growth-promoting and ISR inducing strains, we previously identified strains of root-associated Pseudomonas spp. that promote plant growth but unexpectedly induced systemic susceptibility (ISS) to foliar pathogens. Here we demonstrate that the ISS-inducing phenotype is common among root-associated Pseudomonas spp. and we identified the underlying genetic and molecular basis of ISS. Using comparative genomics we identified a single P. fluorescens locus containing a novel periplasmic spermidine biosynthesis gene speE2 that is unique to ISS strains. We generated a clean deletion of the speE2 gene in two ISS strains and found that speE2 is necessary for the ISS phenotype. Spermidine but not spermine is sufficient to phenocopy ISS strains. The ISS locus is present in diverse bacteria and has previously been implicated in pathogenesis in animals. Collectively these data show that a single bacterially derived molecule can modulate systemic plant immunity.