ABSTRACT To divide, bacteria must synthesize and remodel their peptidoglycan (PG) cell wall, a protective meshwork that maintains cell shape. FtsZ, a tubulin homolog, dynamically assembles into a midcell band, recruiting division proteins including the PG synthases FtsW and FtsI. FtsWI are activated to synthesize PG and drive constriction at the appropriate time and place, however their activation pathway remains unresolved. In Caulobacter crescentus , FtsWI activity requires FzlA, an essential FtsZ-binding protein. Through time-lapse imaging and single-molecule tracking of C. crescentus FtsW and FzlA in perturbed genetic backgrounds, we demonstrate that FzlA is a limiting constriction activation factor that converts inactive, fast-moving FtsW to an active, slow-moving state. We find that FzlA interacts with the DNA translocase FtsK, and place FtsK genetically in a pathway with FzlA and FtsWI. Misregulation of the FzlA-FtsK-FtsWI pathway leads to heightened DNA damage and cell death. We propose that FzlA integrates the FtsZ ring, chromosome segregation, and PG synthesis to ensure robust and timely constriction during Caulobacter division.

Bacterial growth and division require insertion of new peptidoglycan (PG) into the existing cell wall by PG synthase enzymes. Emerging evidence suggests that many PG synthases require activation to function, however it is unclear how activation of division-specific PG synthases occurs. The FtsZ cytoskeleton has been implicated as a regulator of PG synthesis during division, but the mechanisms through which it acts are unknown. Here we show that FzlA, an essential regulator of constriction in Caulobacter crescentus, links FtsZ to PG synthesis to promote division. We find that hyperactive mutants of the PG synthases FtsW and FtsI specifically render fzlA, but not other division genes, non-essential. However, FzlA is still required to maintain proper constriction rate and efficiency in a hyperactive PG synthase background. Intriguingly, loss of fzlA in the presence of hyperactivated FtsWI causes cells to rotate about the division plane during constriction and sensitizes cells to cell wall-specific antibiotics. We demonstrate that FzlA-dependent signaling to division-specific PG synthesis is conserved in another α-proteobacterium, Agrobacterium tumefaciens. These data establish that FzlA links FtsZ to cell wall remodeling, serving both to activate and spatially orient PG synthesis during division. Overall, our findings support the paradigm that activation of SEDS-PBP PG synthases is a broadly conserved requirement for bacterial morphogenesis.