ABSTRACT Most of the biosynthetic gene clusters (BGCs) found in filamentous fungi are silent under standard laboratory cultivation conditions due to the lack of expression triggering stimuli, representing a considerable drawback in drug discovery. To access the full biosynthetic potential of these microbes, studies towards the activation of cryptic BGCs are essential. Histone acetylation status is an important regulator of chromatin structure which impacts in cell physiology and, therefore, expression of biosynthetic gene clusters in filamentous fungi. Histone deacetylases (HDACs) and histone acetyl-transferases (HATs) are responsible for maintaining and controlling this process under different cell conditions. In this study, clr3 , a gene encoding a histone deacetylase in Penicillium brasilianum was deleted and associated phenotypic and metabolic changes evaluated. Results indicate reduced growth under oxidative stress conditions in the Δ clr3 knockout strain. Also, the production of several secondary metabolites including austin-related meroterpenoids, brasiliamides, mycotoxins such as verruculogen and penicillic acid, as well as cyclodepsipeptides was reduced in the Δ clr3 strain when compared to wild-type strain. Accordingly, addition of epigenetic modulators responsible for HDAC inhibition such as suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) and nicotinamide (NAA) to P. brasilianum growth media also culminated in reduction of secondary metabolite production. Mass Spectrometry Imaging (MSI) was applied to compare metabolite production and spatial distribution on the colony. Results suggest that Clr3 plays an important role in secondary metabolite biosynthesis in P. brasilianum , thus offering new strategies for regulation of natural product synthesis by assessing chromatin modification in P. brasilianum .

Abstract Microbes employ toxins to kill competing microbes or eukaryotic host cells. Polymorphic toxins are proteins that encode C-terminal toxin domains. Here, we developed a computational approach to discover novel toxin domains of polymorphic toxins within 105,438 microbial genomes. We validated nine short novel toxins (“PTs”) that cause bacterial or yeast cell death. The novel PTs are encoded by ∼2.2% of the sequenced bacteria, including numerous pathogens. We also identified five cognate immunity genes (“PIMs”) that neutralize the toxins. Intriguingly, we observed an antifungal effect of the PTs against various pathogenic fungi. The toxins likely act as enzymes that cause severe damage to cell shape, membrane, and DNA. Finally, we solved the 3D structure of two PTs in complex with their PIMs, and showed that they function as novel DNAses. The new potent toxins likely play key roles in inter-microbial competition and can be utilized in various clinical and biotechnological applications.

Abstract Aspergillus fumigatus is the main causative agent of invasive pulmonary aspergillosis (IPA), a severe disease that affects immunosuppressed patients worldwide. The fungistatic drug caspofungin is the second line therapy against IPA but has increasingly been used against clinical strains that are resistant to azoles, the first line antifungal therapy. In high concentrations, caspofungin induces a tolerance phenotype with partial reestablishment of fungal growth called caspofungin paradoxical effect (CPE), resulting from a change in the composition of the cell wall. An increasing number of studies has shown that different isolates of A. fumigatus exhibit phenotypic heterogeneity, including heterogeneity in their CPE response. To gain insights into the underlying molecular mechanisms of CPE response heterogeneity, we analyzed the transcriptomes of two A. fumigatus reference strains, Af293 and CEA17, exposed to low and high caspofungin concentrations. We found that there is a core transcriptional response that involves genes related to cell wall remodeling processes, mitochondrial function, transmembrane transport, and amino acid and ergosterol metabolism, and a variable response related to secondary metabolite (SM) biosynthesis and iron homeostasis. Specifically, we show here that the overexpression of a SM pathway that works as an iron chelator extinguishes the CPE in both backgrounds, whereas iron depletion is detrimental for the CPE in Af293 but not in CEA17. We next investigated the function of the transcription factor CrzA, whose deletion was previously shown to result in heterogeneity in the CPE response of the Af293 and CEA17 strains. We found that CrzA constitutively binds to and modulates the expression of several genes related to processes involved in caspofungin tolerance, and that crzA deletion differentially impacts the SM production and growth of Af293 and CEA17. As opposed to the Δ crzA CEA17 mutant, the Δ crzA Af293 mutant fails to activate cell wall remodeling genes upon caspofungin exposure, which most likely severely affects its macrostructure and extinguishes its CPE. This work describes how heterogeneity in the response to an antifungal agent between A. fumigatus strains stems from heterogeneity in the function of a transcription factor and its downstream target genes.

is a cross-kingdom pathogen. While some strains cause disseminated fusariosis and blinding corneal infections in humans, others are responsible for devastating vascular wilt diseases in plants. To better understand the distinct adaptations of

Abstract G-protein coupled receptors (GPCRs) are extracellular signalling receptors that sense environmental cues to coordinate a biological response. Fungi sense their environment primarily through GPCR-mediated signalling pathways, which in turn regulate fungal development, metabolism, virulence and mycotoxin biosynthesis. A. fumigatus is an important human pathogen that causes aspergillosis, a heterogeneous group of diseases that presents a wide range of clinical manifestations. Here, we investigate in detail the role of the GPCRs GprM and GprJ in growth and gene expression. GprM and GprJ are important for melanin production and the regulation of the cell wall integrity (CWI) pathway. Overexpression of gprM and gprJ causes a 20 and 50% reduction in growth rate when compared to the wild-type (WT) strain, and increases sensitivity to cell wall-damaging agents. Phosphorylation of the CWI protein kinase MpkA is increased in the Δ gprM and Δ gprJ strains and decreased in the overexpression mutants when compared to the WT strain. Furthermore, differences in cell wall polysaccharide concentrations and organization were observed in these strains. RNA-sequencing suggests that GprM and GprJ negatively regulate genes encoding secondary metabolites (SMs). Mass spectrometry analysis confirmed that the production of fumagillin, pyripyropene, fumigaclavine C, fumiquinazoline, and fumitremorgin is reduced in the Δ gprM and Δ gprJ strains, and that this regulation occurs, at least partially, through the activation of MpkA. Overexpression of grpM also resulted in the regulation of many transcription factors, with AsgA predicted to function downstream of GprM and MpkA signalling. Finally, we show that the Δ gprM and Δ gprJ mutants are reduced in virulence in the Galleria mellonella insect model of invasive aspergillosis. This work further contributes to unravelling functions of A. fumigatus GPCRs and shows that GprM and GprJ are essential for CWI, secondary metabolite production and virulence. Author summary A. fumigatus is the main ethiological agent of invasive pulmonary aspergillosis, a life-threatening fungal disease that occurs in severely immuno-compromised humans. Withstanding the host environment is essential for A. fumigatus virulence and sensing of extracellular cues occurs primarily through G-protein coupled receptors (GPCRs) that activate signal transduction pathways, which in turn regulate fungal development, metabolism, virulence and mycotoxin biosynthesis. The A. fumigatus genome encodes 15 putative classical GPCRs, with only three having been functionally characterized to date. In this work, we show that the two GPCRs GprM and GprJ regulate the phosphorylation of the mitogen-activated protein kinase MpkA and thus control the regulation of the cell wall integrity pathway. GprM and GprJ are also involved in the regulation of the production of the secondary metabolites fumagillin, pyripyropene, fumigaclavine C, fumiquinazoline, melanin, and fumitremorgin and this regulation partially occurs through the activation of MpkA. Furthermore, GprM and GprJ are important for virulence in the insect model Galleria mellonella . This work therefore functionally characterizes two GPCRs and shows how they regulate several intracellular pathways that have been shown to be crucial for A. fumigatus virulence.