Abstract The role of antagonistic secondary metabolites produced by Pseudomonas protegens in suppression of soil-borne phytopathogens has been clearly documented. However, their contribution to the ability of P. protegens to establish in soil and rhizosphere microbiomes remains less clear. Here, we use a four-species synthetic community (SynCom) in which individual members are sensitive towards key P. protegens antimicrobial metabolites (DAPG, pyoluteorin, and orfamide A) to determine how antibiotic production contributes to P. protegens community invasion and to identify community traits that counteract the antimicrobial effects. We show that P. protegens readily invades and alters the SynCom composition over time, and that P. protegens establishment requires production of DAPG and pyoluteorin. An orfamide A-deficient mutant of P. protegens invades the community as efficiently as wildtype, and both cause similar perturbations to community composition. Here, we identify the microbial interactions underlying the absence of an orfamide A mediated impact on the otherwise antibiotic-sensitive SynCom member, and show that the cyclic lipopeptide is inactivated and degraded by the combined action of Rhodococcus globerulus D757 and Stenotrophomonas indicatrix D763. Altogether, the demonstration that the synthetic community constrains P. protegens invasion by detoxifying its antibiotics may provide a mechanistic explanation to inconsistencies in biocontrol effectiveness in situ.

Abstract The role of antagonistic secondary metabolites produced by Pseudomonas protegens in suppression of soil-borne phytopathogens has been clearly documented. However, their contribution to the ability of P. protegens to establish in soil and rhizosphere microbiomes remains ambiguous. Here, we use a four-species synthetic community to determine how antibiotic production contributes to P. protegens community invasion and identify community traits that alter the abundance of key P. protegens antimicrobial metabolites (DAPG, pyoluteorin and orfamide A). Surprisingly, mutants deficient in antimicrobial production caused similar perturbations in community composition compared to invasion by wildtype P. protegens . Intriguingly, while pyoluteorin and orfamide A are secreted at levels toxic to individual bacterial strains, community-level resistance circumvents toxicity. Here, we identify the underlying mechanism by which the cyclic lipopeptide, orfamide A, is inactivated and degraded by Rhodococcus globerulus D757 and Stenotrophomonas indicatrix D763. Altogether, the demonstration that the synthetic community constrains P. protegens invasion by detoxifying its antibiotics may provide a mechanistic explanation to inconsistencies in biocontrol effectiveness in situ .

Abstract In May–June 2019, the microalga Chrysochromulina leadbeateri caused a massive fish-killing event in several fjords in Northern Norway, resulting in the largest direct impact ever on aquaculture in northern Europe due to toxic algae. Motivated by the fact that no algal toxins have previously been described from C. leadbeateri , we set out to investigate the chemical nature and toxicity of secondary metabolites in extracts of two strains (UIO 393, UIO 394) isolated from the 2019 bloom, as well as one older strain (UIO 035) isolated during a bloom in Northern Norway in 1991. Initial LC–DAD–MS/MS-based molecular networking analysis of the crude MeOH extracts of the cultivated strains showed that their profiles of small organic molecules, including a large number of known lipids, were very similar, suggesting that the same class of toxin(s) were likely the causative agents of the two harmful algal bloom (HAB) events. Next, bioassay-guided fractionation using the RTgill-W1 cell line and metabolomics analysis pointed to a major compound affording [M+H] + ions at m / z 1399.8333 as a possible toxin, corresponding to a compound with the formula C 67 H 127 ClO 27 . Moreover, our study unveiled a series of minor analogues exhibiting distinct patterns of chlorination and sulfation, together defining a new family of compounds, which we propose to name leadbeaterins. Remarkably, these suspected toxins were detected in situ in samples collected during the 2019 bloom close to Tromsø, thereby substantiating their likely role in fish kills. The elemental compositions of the putative C. leadbeateri ichthyotoxins strongly indicate them to be long linear polyhydroxylated polyketides, structurally similar to sterolysins, reported from a number of dinoflagellates.

The accumulation of micropollutants of emerging concern in aqueous systems raises safety concerns regarding biological systems and human health. Mycoremediation is a promising and green strategy to mitigate the micropollutant challenge. Hitherto, focus has mainly been on white-rot Basidiomycota and micropollutant transformation by ascomycetes remains underexplored. Here, we assayed 53 Ascomycota isolates from 10 genera for the removal of 22 micropollutants. Notably, 9 out of 22 micropollutants were removed from fungal culture supernatant at efficacies >45%. Temporal analysis of the nine top-performing strains, highlighted remarkable potency of Cladosporium isolates in removal of multiple micropollutants. Importantly, Cladosporium considerably reduced the toxicity of a micropollutant cocktail based on growth assays. Metabolomics analyses identified oxidation for 5-methyl-1H-benzotriazole and citalopram, whereas methylation and carboxylation were observed for 5-chlorobenzotriazole. No transformation products were detected for ciprofloxacin, sulfamethoxazole, and sertraline, hinting their extensive degradation. These findings suggest micropollutant transformation via diverse catalytic routes by Cladosporium. Genome sequencing and proteomic analyses of the top-performing isolates were consistent with the observed transformations and tentatively identified the molecular apparatus, conferring micropollutant transformation. This unprecedented study brings novel insight into the micropollutant transformation and detoxification capabilities of the prevalent Cladosporium species, thereby revealing a considerable and hitherto underappreciated potential of this genus and potentially other ascomycetes in micropollutant transformation.

Streptomyces are major players in soil microbiomes, however, interactions involving Streptomyces-Streptomyces are rarely described. The complex developmental cycle of Streptomycetes necessitates a multi-omics approach to unravel the web of information. This study resulted from the observation of induced sporulation between two environmental isolates from the same site, Streptomyces sp. P9-2B1 and Streptomyces sp. P9-2B2. When co-cultivated on potato dextrose agar (PDA), P9-2B2 induced a wave-like sporulation in strain P9-2B1. Using Mass Spectrometry Imaging, we revealed that a suite of lydicamycins, antibacterial NRPS-PKS hybrid metabolites, were present in this induced sporulation zone. Lydicamycin deficient mutants were generated using CRISPR-base editing and the inducible sporulation ceased, confirming their role in triggering morphological differentiation. In agar diffusion assays, pure lydicamycin was inhibitory when added concurrently with bacterial inoculation and induced sporulation with delayed addition. Subsequent testing of additional environmental isolates resulted in the same inducible sporulation wave phenomenon, including Streptomyces coelicolor M145 and M1146. We further evaluated the temporal production of the lydicamycins in monoculture over a 10-day time scale. On PDA, production was detectable upon sporulation at day 4 on PDA and peaked at day 9. On ISP2, lydicamycin production was minimal and stable over the 10 days, coinciding with a lack of sporulation. Using transcriptomics, we observed the upregulation of early aerial mycelium development four days into cocultivation and also the transitional genes responsible for development of spores on day 9. Along with these upregulated genes, we also observed numerous overall stress responses, specifically cell envelope stress responses. This finding uncovered Streptomyces-Streptomyces interactions mediated by lydicamycins, pointing to a potential role of certain groups of bioactive metabolites in nature.

Abstract Although not essential for their growth, the production of secondary metabolites increases the fitness of the producing microorganisms in their natural habitat by enhancing establishment, competition and nutrient acquisition. The Gram-positive soil-dwelling bacterium, Bacillus subtilis produces a variety of secondary metabolites. Here, we investigated the regulatory relationship between the non-ribosomal peptide surfactin and the sactipeptide bacteriocin subtilosin A. We discovered that B. subtilis mutants lacking surfactin production exhibited higher production of subtilosin A compared to their parental wild-type strain. Additionally, spatial visualization of B. subtilis production of metabolites demonstrated that surfactin secreted by a wild-type colony could suppress subtilosin A production in an adjacent mutant colony lacking surfactin production. Reporter assays were performed using mutants in specific transcriptional regulators that confirmed the role of ResD as an activator of the subtilosin A encoding BGC, while removal or Rok and AbrB repressors increased expression of the BGC that was further enhanced by additional deletion of surfactin, suggesting that a so far unidentified regulator might mediate the influence of surfactin on production of subtilosin A. Our study reveals a regulatory influence of one secondary metabolite on another, highlighting that the function of secondary metabolites could be more complex than its influence on other organisms and interactions among secondary metabolites could also contribute to their ecological significance. Importance Secondary metabolites play an important role in the life of microorganisms facilitating their fitness in the environment, including competing against other microorganisms, interacting with their host or environment, and allowing expansion in their environment. However, secondary metabolites also function as cue molecules influencing gene expression between and within species. Here, we describe that the non-ribosomally synthesized peptide surfactin repress the production of ribosomally synthesized and post translationally modified peptide, subtilosin A in Bacillus subtilis , revealing an ecological interaction between two secondary metabolites that could potentially influence the biocontrol efficiency of B. subtilis strain that depends on the production of these secondary metabolites against plant pathogen microorganisms.