Abstract Bacterial endosymbiosis has been instrumental in eukaryotic evolution, and includes both mutualistic, dependent and parasitic associations. Here we characterize an intracellular bacterium inhabiting the flagellated protist Bodo saltans (Kinetoplastida). We present a complete bacterial genome comprising a 1.39 Mb circular chromosome with 40.6% GC content. Fluorescent in situ hybridisation confirms that the endosymbiont is located adjacent to the nuclear membrane, and a detailed model of its intracellular niche is generated using serial block-face scanning electron microscopy. Phylogenomic analysis shows that the endosymbiont belongs to the Holosporales, most closely related to other α-proteobacterial endosymbionts of ciliates and amoebae. Comparative genomics indicates that it has a limited metabolism and is nutritionally host-dependent. However, the endosymbiont genome does encode diverse symbiont-specific secretory proteins, including a type VI secretion system and three separate toxin-antitoxin systems. We show that these systems are actively transcribed and hypothesize they represent a mechanism by which B. saltans becomes addicted to its endosymbiont. Consistent with this idea, attempts to cure Bodo of endosymbionts led to rapid and uniform cell death. This study adds kinetoplastid flagellates to ciliates and amoebae as hosts of Paracaedibacter-like bacteria, suggesting that these antagonistic endosymbioses became established very early in Eukaryotic evolution.

Xanthomonas oryzae is a devastating pathogen of rice worldwide, however, X. sontii and X. maliensis are its non-pathogenic counterparts from the same host. So far, these non-pathogenic isolates were overlooked due to their less economic importance and lack of genomic information. We have carried out detailed ecological and evolutionary study focusing on diverse lifestyles of these strains. Phylogenomic analysis revealed two major lineages corresponding to X. sontii (ML-I) and X. oryzae (ML-II) species. Interestingly, one of the non-pathogenic Xanthomonas strains belonging to X. maliensis is intermediary to both the major lineages/species suggesting on-going diversification and selection. Accordingly, pangenome analysis revealed large number of lifestyle specific genes with atypical GC content indicating role of horizontal gene transfer in genome diversification. Our comprehensive comparative genomic investigation of major lineages has revealed that impact of recombination is more for X. sontii as compared to X. oryzae . Acquisition of type III secretion system and its effectome along with a type VI secretion system also seem to have played a major role in the pathogenic lineage. Other known key pathogenicity clusters or genes like biofilm forming cluster, cellobiohydrolase and non-fimbrial adhesin ( yapH) are exclusive to pathogenic lineage. However, commonality of loci encoding exopolysacharide, rpf signalling molecule, iron-uptake, xanthomonadin pigment, etc. suggests their essentiality in host adaptation. Overall, this study reveals evolutionary history of pathogenic and non-pathogenic strains and will further open up a new avenue for better management of pathogenic strains for sustainable cultivation of a major staple food crop.

Abstract Stenotrophomonas maltophilia (Smal) is a typical example of an environmental originated opportunistic human pathogen, which can thrive at different habitats including the human body and can cause a wide range of infections. It must cope with heat stress during transition from the environment to the human body as the physiological temperature of the human body (37 ◻) is higher than environmental niches (22-30 ◻). Interestingly, S. rhizophila a phylogenetic neighbour of Smal within genus Stenotrophomonas is unable to grow at 37 ◻. Thus, it is crucial to understand how Smal is adapted to human body temperature, which could suggest its evolution as an opportunistic human pathogen. In this study, we have performed comparative transcriptome analysis of S. maltophilia grown at 28 ◻ and 37 ◻ as temperature representative for environmental niches and human body respectively. RNA-Seq analysis revealed several interesting findings showing alterations in gene expression levels at 28 ◻ and 37 ◻, which can play an important role during infection. We have observed downregulation of genes involved in cellular motility, energy production and metabolism, replication and repair whereas upregulation of VirB/D4 Type IV secretion system, aerotaxis, cation diffusion facilitator family transporter and LacI family transcriptional regulators at 37 ◻. Microscopy and plate assays corroborated altered expression of genes involved in motility. The results obtained enhance our understanding of the strategies employed by S. maltophilia during adaptation towards the human body. Impact statement Stenotrophomonas maltophilia (Smal) is a WHO listed multidrug resistant nosocomial pathogen. Interestingly, S. maltophilia species can grow both at 28 ◻ and 37 ◻ unlike its closest taxonomic relative, i.e., S. rhizophila and also majority species belonging this genus. Hence this ability to grow at 37 ◻, i.e., human body temperature might have played key role in the unique success and emergence of this species as opportunistic human pathogen. Using transcriptome sequencing, we have identified set of genes which are differentially regulated at 37 ◻ and investigated their evolutionary history. This study has revealed regulation of genes involved in motility, metabolism, energy, replication, transcription, aerotaxis and a type IV secretion system might have a role in successful adaption to a distinct lifestyle. The findings will be helpful in further systematic studies on understanding and management of an emerging human pathogen such as Smal.

The rice bacterial blight pathogen Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) injects transcription activator-like effectors (TALEs) that bind and activate host susceptibility (S) genes important for disease. Clade III SWEET genes are major S genes for bacterial blight. The resistance genes xa5, which reduces TALE activity generally, and xa13, a SWEET11 allele not recognized by the cognate TALE, have been effectively deployed. However, strains that defeat both resistance genes individually were recently reported in India and Thailand. To gain insight into the mechanism(s), we completely sequenced the genome of one such strain from each country and examined the encoded TALEs. Strikingly, the two strains are clones, sharing nearly identical TALE repertoires, including a TALE known to activate SWEET11 strongly enough to be effective even when diminished by xa5. We next investigated SWEET gene induction by the Indian strain. The Indian strain induced no clade III SWEET in plants harbouring xa13, indicating a pathogen adaptation that relieves dependence on these genes for susceptibility. The findings open a door to mechanistic understanding of the role SWEET genes play in susceptibility and illustrate the importance of complete genome sequence-based monitoring of Xoo populations in developing varieties with effective disease resistance.

Three yellow pigmented, Gram negative, aerobic, rod shaped, motile bacterial strains designated as PPL1, PPL2 and PPL3 were isolated from healthy basmati rice seeds. Phenotypic, biochemical and 16S rRNA gene sequence analysis assigned these strains to the genus Xanthomonas. The 16S rRNA gene sequence was having 99.59% similarity with X. sacchari CFBP4641T. However, whole genome based phylogenomic analysis revealed that these strains formed a distinct monophyletic clade with X. sacchari CFBP4641T as their closest neighbour. Taxonogenomic studies based on average nucleotide identity (orthoANI) and digital DNA-DNA hybridization (dDDH) values of these strains with type strains (or representative strains) of different Xanthomonas species including X. sacchari showed below recommended threshold values of ANI (<96%) and dDDH (70%) for species delineation. Furthermore, at the whole genome level, PPL1 and PPL2 were found to be clonal, while PPL3 was not a clonal, but belonging to the same species. Our in planta pathogenicity studies revealed that the strains PPL1, PPL2 and PPL3 are non-pathogenic to rice plants. Hence, based on the present study, they form a novel lineage and species associated with rice seeds for which the name Xanthomonas sontii sp. nov. is proposed. The type strain for the X. sontii sp. nov. is PPL1T (CFBP8688T = ICMP23426T = MTCC12491T) and strains PPL2 (CFBP8689 = ICMP23427 = MTCC12492) and PPL3 (CFBP8690 =ICMP23428 = MTCC12492) as other strains of the species.

Abstract Bacteria respond to environmental cues in different ways. Phase variation is one such adaptation where heritable and reversible changes in DNA aid bacteria to alter the expression of specific genes. The bacterial plant pathogen Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) causes the serious bacterial blight disease of rice. The mucoid phenotype of Xoo colonies is attributed to the secreted exopolysaccharide (EPS), xanthan gum. Spontaneous non-mucoid variants of Xoo which are deficient in EPS production and virulence were observed to accumulate in long-term stationary phase cultures. This phenomenon was termed stationary phase variation and variant colonies as stationary phase variants (SPV). Several but not all of these SPVs have been earlier described to carry spontaneous insertions of endogenous insertion sequence elements in the gum operon which encodes genes involved in EPS biosynthesis. In this study, we show that a number of SPVs harbour variations in the lipopolysaccharide (LPS) outer antigen (O-antigen) biosynthetic gene cluster. The data revealed that the vast majority of variations are due to either insertion of endogenous insertion sequence (IS) elements or slipped strand mispairing (SSM). Also, it was observed that many of these SPVs exhibited reversion to wild type mucoid phenotype via restoration of the wild type genotype. The results indicate that the phenomenon of phase variation is occurring in the LPS O-antigen biosynthetic gene cluster of Xoo.