From Blight to Powdery Mildew Pathogenic effects of microbes on plants have widespread consequences. Witness, for example, the cultural upheavals driven by potato blight in the 1800s. A variety of microbial pathogens continue to afflict crop plants today, driving both loss of yield and incurring the increased costs of control mechanisms. Now, four reports analyze microbial genomes in order to understand better how plant pathogens function (see the Perspective by Dodds ). Raffaele et al. (p. 1540 ) describe how the genome of the potato blight pathogen accommodates transfer to different hosts. Spanu et al. (p. 1543 ) analyze what it takes to be an obligate biotroph in barley powdery mildew, and Baxter et al. (p. 1549 ) ask a similar question for a natural pathogen of Arabidopsis . Schirawski et al. (p. 1546 ) compared genomes of maize pathogens to identify virulence determinants. Better knowledge of what in a genome makes a pathogen efficient and deadly is likely to be useful for improving agricultural crop management and breeding.

Abstract The COVID-19 pandemic has greatly impacted the global economy and health care systems, illustrating the urgent need for timely and inexpensive responses to a pandemic threat in the form of vaccines and antigen tests. The causative agent of COVID-19 is SARS-CoV-2. The spike protein on the virus surface interacts with the human angiotensin-converting enzyme (ACE2) via the so-called receptor binding domain (RBD), facilitating virus entry. The RBD thus represents a prime target for vaccines, therapeutic antibodies, and antigen test systems. Currently, antigen testing is mostly conducted by qualitative flow chromatography or via quantitative ELISA-type assays. The latter mostly utilize materials like protein-adhesive polymers and gold or latex particles. Here we present an alternative ELISA approach using inexpensive materials and permitting quick detection based on components produced in the microbial model Ustilago maydis . In this fungus, heterologous proteins like biopharmaceuticals can be exported by fusion to unconventionally secreted chitinase Cts1. As a unique feature, the carrier chitinase binds to chitin allowing its additional use as a purification or immobilization tag. In this study, we produced different mono- and bivalent SARS-CoV-2 nanobodies directed against the viral RBD as Cts1 fusions and screened their RBD binding affinity in vitro and in vivo . Functional nanobody-Cts1 fusions were immobilized on chitin forming an RBD tethering surface. This provides a solid base for future development of an inexpensive antigen test utilizing unconventionally secreted nanobodies as RBD trap and a matching ubiquitous and biogenic surface for immobilization.

Subcellular targeting of proteins is essential to orchestrate cytokinesis in eukaryotic cells. During cell division of Ustilago maydis , for example, chitinases must be specifically targeted to the fragmentation zone at the site of cell division to degrade remnant chitin and thus separate mother and daughter cells. Chitinase Cts1 is exported to this location via an unconventional secretion pathway putatively operating in a lock-type manner. The underlying mechanism is largely unexplored. Here, we applied a forward genetic screen based on UV mutagenesis to identify components essential for Cts1 export. The screen revealed a novel factor termed Jps1 lacking known protein domains. Deletion of the corresponding gene confirmed its essential role for Cts1 secretion. Localization studies demonstrated that Jps1 colocalizes with Cts1 in the fragmentation zone of dividing yeast cells. While loss of Jps1 leads to exclusion of Cts1 from the fragmentation zone and strongly reduced unconventional secretion, deletion of the chitinase does not disturb Jps1 localization. Yeast-two hybrid experiments suggest that the two proteins interact. In essence, we identified a novel component of unconventional secretion that functions in the fragmentation zone to enable export of Cts1. We hypothesize that Jps1 acts as an anchoring factor, supporting the proposed novel lock-type mechanism of unconventional secretion.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract Heterologous protein production is a highly demanded biotechnological process. Secretion of the product to the culture broth is advantageous because it drastically reduces downstream pro-cessing costs. We exploit unconventional secretion for heterologous protein expression in the fungal model microorganism Ustilago maydis. Proteins of interest are fused to carrier chitinase Cts1 for export via the fragmentation zone of dividing yeast cells in a lock-type mechanism. Here, we are first to develop regulatory systems for unconventional protein secretion. This enables uncoupling the accumulation of biomass and protein synthesis of a product of choice from its export. Regulation was successfully established at two different levels using transcriptional and post-translational induction strategies. As a proof-of-principle, we applied autoinduction based on transcriptional regulation for the production and secretion of functional anti-Gfp nanobodies. The presented developments comprise tailored solutions for differentially prized products and thus constitute another important step towards a competitive protein production platform.

Abtract Eukaryotic microorganisms transcribe monocistronic mRNAs to encode proteins. For synthetic biological approaches like metabolic engineering, precise co-expression of several proteins in space and time is advantageous. A straightforward approach is the application of viral 2A peptides to design synthetic polycistronic mRNAs in eukaryotes. Here, we establish such a system in the well-studied model microorganism Ustilago maydis. Using two fluorescence reporter proteins, we compared the activity of five viral 2A peptides. Their activity was evaluated in vivo using fluorescence microscopy and validated using fluorescence resonance energy transfer (FRET). Activity ranged from 20 to 100% and the best performing 2A peptide was P2A from porcine teschovirus-1. As proof of principle, we followed regulated gene expression efficiently over time and synthesised a tri-cistronic mRNA encoding biosynthetic enzymes to produce mannosylerythritol lipids (MELs). In essence, we evaluated 2A peptides in vivo and demonstrated the applicability of 2A peptide technology for U. maydis in basic and applied science.

Abstract Protein secretion is indispensable for essential cellular processes in eukaryotic cells, contributing significantly to nutrient acquisition, defense or communication. Alternative pathways bypassing the endomembrane system collectively referred to as unconventional secretion are gaining increasing attention. A number of important molecules such as cytokines, fibroblast growth factor or viral proteins are being exported through these mechanistically diverse pathways. In the fungal model Ustilago maydis , cytokinesis-dependent unconventional secretion mediates export of the chitinase Cts1 via the fragmentation zone. This membrane-rich compartment is formed during cytokinesis between mother and daughter cells. Recently, we identified Jps1, a previously uncharacterized protein, as a crucial factor for Cts1 localization and export. Combining biochemical experiments and in vivo studies, we here uncover two pivotal features of Jps1: phosphoinositide (PIP) binding and dimerization. Our findings reveal that Jps1 does not harbor a canonical PIP-binding domain but instead specifically binds to PI(4,5)P2, likely via basic residues. A conserved structural core domain of Jps1 mediates dimerization, while the flexible variable regions suggest potential diversification in different basidiomycetous species. The accumulation of Jps1 in the fragmentation zone, facilitated by its PIP affinity, provides a direct membrane recognition mechanism. This discovery sheds light on a previously unknown key feature of Jps1, elucidating its role in supporting Cts1 secretion, and representing a crucial step towards understanding the broader implications of unconventional secretion in eukaryotic cells.