ABSTRACT Seeds carry complex microbial communities, which may exert beneficial or deleterious effects on plant growth and plant health. To date, the composition of microbial communities associated with seeds has been explored mainly through culture-based diversity studies and therefore remains largely unknown. In this work, we analyzed the structures of the seed microbiotas of different plants from the family Brassicaceae and their dynamics during germination and emergence through sequencing of three molecular markers: the ITS1 region of the fungal internal transcribed spacer, the V4 region of 16S rRNA gene, and a species-specific bacterial marker based on a fragment of gyrB . Sequence analyses revealed important variations in microbial community composition between seed samples. Moreover, we found that emergence strongly influences the structure of the microbiota, with a marked reduction of bacterial and fungal diversity. This shift in the microbial community composition is mostly due to an increase in the relative abundance of some bacterial and fungal taxa possessing fast-growing abilities. Altogether, our results provide an estimation of the role of the seed as a source of inoculum for the seedling, which is crucial for practical applications in developing new strategies of inoculation for disease prevention.

Abstract Gaining basic understanding of processes involved in seed microbiota assembly is a prerequisite for improving crop establishment. Investigation of microbiota structure during seed development revealed that individual seeds of bean and radish were associated with a dominant bacterial taxon representing more than 75% of all reads. The identity of this taxon was highly variable between plants and within seeds of the same plant. Succession of dominant taxa occurred during seed filling and maturation through Selection . In a second step, we evaluated seed to seedling transmission of these dominant seed-borne taxa. We showed that initial bacterial abundance on seeds was not a good predictor of seedling transmission and that the identity of seed-borne taxa can impact seedling phenotype. Altogether this work unveiled that seeds are colonized by few bacterial taxa of highly variable identity, which appears to be important for the early stages of plant development.

A bstract Coherent genomic groups are frequently used as a proxy for bacterial species delineation through computation of overall genome relatedness indices (OGRI). Average nucleotide identity (ANI) is a widely employed method for estimating relatedness between genomic sequences. However, pairwise comparisons of genome sequences based on ANI is relatively computationally intensive and therefore precludes analyses of large datasets composed of thousands of genome sequences. In this work we proposed a workflow to compute and visualize relationships between genomic sequences. A dataset containing more than 3,500 Pseudomonas genome sequences was successfully classified with an alternative OGRI based on k-mer counts in few hours with the same precision as ANI. A new visualization method based on zoomable circle packing was employed for assessing relationships among the 350 groups generated. Amendment of databases with these Pseudomonas groups greatly improved the classification of metagenomic read sets with k-mer-based classifier. The developed workflow was integrated in the user-friendly KI-S tool that is available at the following address: https://iris.angers.inra.fr/galaxypub-cfbp .

ABSTRACT Seed microbiota constitutes a primary inoculum for plants that is gaining attention due to its role for plant health and productivity. Here, we performed a meta-analysis on 63 seed microbiota studies covering 50 plant species to synthesize knowledge on the diversity of this habitat. Seed microbiota are diverse and extremely variable, with taxa richness varying from one to thousands of taxa. Hence, seed microbiota presents a variable (i.e flexible) microbial fraction but we also identified a stable (i.e. core) fraction across samples. Around 30 bacterial and fungal taxa are present in most plant species and in samples from all over the world. Core taxa, such as Pantoea agglomerans, Pseudomonas viridiflava, P. fluorescens, Cladosporium perangustum and Alternaria sp ., are dominant seed taxa. The characterization of the core and flexible seed microbiota provided here will help uncover seed microbiota roles for plant health and design effective microbiome engineering.

Abstract Of American origin, a wide diversity of Xylella fastidiosa strains belonging to different subspecies have been reported in Europe since 2013 and its discovery in Italian olive groves. Strains from the subspecies multiplex (ST6 and ST7) were first identified in France in 2015 in urban and natural areas. To trace back the most probable scenario of introduction in France, the molecular evolution rate of this subspecies was estimated at 3.2165 × 10 -7 substitutions per site per year, based on heterochronous genome sequences collected worldwide. This rate allowed the dating of the divergence between French and American strains in 1987 for ST6 and in 1971 for ST7. The development of a new VNTR-13 scheme allowed tracing the spread of the bacterium in France, hypothesizing an American origin. Our results suggest that both sequence types were initially introduced and spread in Provence-Alpes-Côte d’Azur (PACA); then they were introduced in Corsica in two waves from the PACA bridgehead populations.

Abstract Different sequence types (ST) of Xylella fastidiosa were already identified in France and Spain based on direct MultiLocus Sequence Typing (MLST) of plant DNA samples. However, direct typing of plant DNA is partly efficient. In order to improve the sensitivity of X. fastidiosa identification, we developed a direct nested-MLST assay on plant extracted DNA. This method was performed based on a largely used scheme targeting seven housekeeping gene (HKG) loci ( cysG, gltT, holC, leuA, malF, nuoL, petC ). Nested primers were designed from multi-sequence alignments of 38 genomes representing all subspecies and one genome of Xylella taiwanensis . Sequences obtained were long enough to be used for BLAST comparison in PubMLST database. No nonspecific amplification products were observed in these samples. Efficiency of the nested-MLST was tested on extracted DNA from 106 samples proven positive (Cq<35) or equivocal (35≤Cq≤40) using the Harper’s qPCR test. Samples analyzed included 49 plant species and two insect species ( Philaenus spumarius, Neophilaenus campestris ) that were collected in 2017 (106 plant samples in France), in 2018 (162 plant samples in France, 40 plant samples and 26 insect samples in Spain), and in 2019 (30 plant samples in Spain). With the conventional-MLST assay, no complete MLST profile was obtained for any of the samples from France and for most samples (59/66) from Spain. Conversely, with the nested approach, complete profiles were obtained for six French plant samples, 55 Spanish plant samples and nine Spanish insect samples. The threshold was improved by 100 to 1000 times compared to conventional PCR and was between 22 pg.mL −1 to 2.2 pg.mL −1 depending on the HKG. Using nested-MLST assay, plants that were not yet considered hosts tested positive and revealed novel alleles in France, whereas for Spanish samples it was possible to assign the subspecies or ST to samples considered as new hosts in Europe. Direct typing by nested-MLST from plant material has an increased sensitivity and may be useful for epidemiological purposes.

ABSTRACT Seeds harbor diverse microbial communities important for plant growth and health. During germination, seed exudation triggers intense microbial competition, shaping the communities transmitted to seedlings. This study explores the role of the bacterial type VI secretion system (T6SS)-mediated interference competition in seed microbiota transmission to seedlings. Distribution of T6SS within 180 genome sequences of seed-borne bacterial strains enabled the construction of SynCom with different levels of phylogenetic diversity and T6SS richness. These SynComs were inoculated with Stenotrophomonas rhizophila CFBP13503, a bacterial strain which possesses a T6SS active in vitro and in planta . SynComs compositions were compared in vitro with CFBP13503 wild-type strain or its isogenic T6SS-deficient mutant. Additionally, the effects of T6SS on the whole bacterial community dynamics during seed-to-seedling transmission were examined following seed-inoculation. The T6SS of S. rhizophila CFBP13503 targeted a large number of bacteria belonging to 5 different families The phylogenetic proximity and metabolic overlap of preys with CFBP13503 partly explains the sensitivity phenotype observed. The T6SS of CFBP13503 modulates the abundance of a few specific bacterial taxa during seed-to-seedling transmission depending on seed microbial initial inoculation and plant stage. Depending on the sensitivity of the co-inoculated competitors, the T6SS can provide a competitive advantage to CFBP13503, resulting in an increase in population size. Importance The high prevalence of T6SS in seed-borne bacteria supports the importance of T6SS-mediated competition for seed microbiota assembly. In vitro , S. rhizophila CFBP13503 T6SS exerts a strong impact on bacterial community dynamics. The susceptibility to T6SS increases with the phylogenetic and metabolic proximity of bacteria to CFBP13503, suggesting an influence of interspecies trophic patterns in T6SS-mediated competitions. In planta and in soil, CFBP13503 T6SS influences specific bacterial taxa, leading to shifts in bacterial interactions and distinct community dynamics. T6SS-mediated competition plays a pivotal role in shaping seed bacterial communities and the dynamics of seed-to-seedling transitions.

Synthetic Communities (SynComs) are being developed and tested to manipulate plant microbiota and improve plant health. To date, only few studies proposed the use of SynCom on seed despite its potential for plant microbiota engineering. We developed and presented a simple, reproducible and effective seedling microbiota engineering method using SynCom inoculation on seeds. The method was successful using a wide diversity of SynCom compositions and bacterial strains that are representative of the common bean seed microbiota. First, this method enables the modulation of seed microbiota composition and community size. Then, SynComs strongly outcompeted native seed and potting soil microbiota and contributed on average to 80% of the seedling microbiota. We showed that strain abundance on seed was a main driver of an effective seedling microbiota colonization. Also, selection was partly involved in seed and seedling colonization capacities since strains affiliated to Enterobacteriaceae and Erwiniaceae were good colonizers while Bacillaceae and Microbacteriaceae were poor colonizers. Additionally, the engineered seed microbiota modified the recruitment and assembly of seedling and rhizosphere microbiota through priority effects. This study shows that SynCom inoculation on seeds represents a promising approach to study plant microbiota assembly and its consequence on plant fitness.

Abstract Vein clearing of zucchini (VCZ) is a seed-borne bacterial disease that affects young plants of Cucurbita pepo subsp. pepo . VCZ agents are distributed into four phylogenetic clusters within the clades 2a and 2ba of the phylogroup 2 of Pseudomonas syringae species complex. Strains belonging to clades 2b and 2d are sometimes isolated from zucchini seeds but have not been associated with VCZ epidemics. Development of tools able to identify VCZ agents is important to better control the disease. Primers were designed to implement a seven-gene MLSA scheme on a collection of strains isolated from zucchini seeds. A clear predominance of strains with a host range on cucurbits limited to the genus Cucurbita (cluster 2ba-A) and the presence of VCZ strains in a fifth cluster (2ba-C) were evidenced. PCR tests were designed to characterize VCZ clusters and a multiplex qPCR test was proposed to distinguish strains having narrow cucurbit host range, associated to the presence of avrRpt2 and sylC, from broad host range strains associated to the presence of hopZ5 and sylC . Additional qPCR tests targeting clade 2b and 2d were also designed to gain insights on P. syringae strains that could be isolated from cucurbits. Specificity of these tools was evaluated in silico on the whole NCBI database and in vitro on a strain collection, showing a 100% inclusivity, except for the test dedicated to clade-2b strains, and an exclusivity ranging from to 96.7% to 100%. These different tools are intended to serve phylogenetic studies, epidemiological monitoring and seed testing.

Abstract Although seed represents an important means of plant pathogen dispersion, the seed–pathogen dialogue remains largely unexplored. A multiomic approach was performed at different seed developmental stages of common bean ( Phaseolus vulgaris L.) during asymptomatic colonization by Xanthomonas citri pv. fuscans ( Xcf ), At the early seed developmental stages, we observed high transcriptional changes both in seeds with bacterial recognition and defense signal transduction genes, and in bacteria with up‐regulation of the bacterial type 3 secretion system. This high transcriptional activity of defense genes in Xcf ‐colonized seeds during maturation refutes the widely diffused assumption considering seeds as passive carriers of microbes. At later seed maturation stages, few transcriptome changes indicated a less intense molecular dialogue between the host and the pathogen, but marked by changes in DNA methylation of plant defense genes, in response to Xcf colonization. We showed examples of pathogen‐specific DNA methylations in colonized seeds acting as plant defense silencing to repress plant immune response during the germination process. Finally, we propose a novel plant–pathogen interaction model, specific to the seed tissues, highlighting the existence of distinct phases during seed–pathogen interaction with seeds being actively interacting with colonizing pathogens, then both belligerents switching to more passive mode at later stages.