ABSTRACT The remarkable ability of Agrobacterium tumefaciens to transfer DNA to plant cells has allowed the generation of important transgenic crops. One challenge of A. tumefaciens -mediated transformation is eliminating the bacteria after plant transformation to prevent detrimental effects to plants and the release of engineered bacteria to the environment. Here we use a reverse genetics approach to identify genes involved in ampicillin resistance with the goal of utilizing these antibiotic-sensitive strains for plant transformations. We show that treating A. tumefaciens C58 with ampicillin led to increased β-lactamase production, a response dependent on the broad-spectrum β-lactamase AmpC and its transcription factor AmpR. Loss of the putative ampD orthologue, atu2113 , led to constitutive production of AmpC-dependent β-lactamase activity and ampicillin resistance. Finally, one cell wall remodeling enzyme, MltB3, was necessary for the AmpC-dependent β-lactamase activity and its loss elicited ampicillin and carbenicillin sensitivity in the A. tumefaciens C58 and GV3101 strains. Furthermore, GV3101 ΔmltB3 transforms plants with comparable efficiency to wildtype but can be cleared with sub-lethal concentrations of ampicillin. The functional characterization of the genes involved in the inducible ampicillin resistance pathway of A. tumefaciens constitutes a major step forward in efforts to reduce the intrinsic antibiotic resistance of this bacterium. IMPORTANCE Agrobacterium tumefaciens , a significant biotechnological tool for production of transgenic plant lines, is highly resistant to a wide variety of antibiotics, posing challenges for various applications. One challenge is the efficient elimination of A. tumefaciens from transformed plant tissue without using levels of antibiotics that are toxic to the plants. Here, we present the functional characterization of genes involved in β-lactam resistance in A. tumefaciens. Knowledge about proteins that promote or inhibit β-lactam resistance will enable the development of strains to improve the efficiency of Agrobacterium- mediated plant genetic transformations. Effective removal of Agrobacterium from transformed plant tissue has the potential to maximize crop yield and food production, improving the outlook for global food security.

Understanding the mechanisms driving lineage-specific evolution in both primates and rodents has been hindered by the lack of sister clades with a similar phylogenetic structure having high-quality genome assemblies. Here, we have created chromosome-level assemblies of the Mus caroli and Mus pahari genomes. Together with the Mus musculus and Rattus norvegicus genomes, this set of rodent genomes is similar in divergence times to the Hominidae (human-chimpanzee-gorilla-orangutan). By comparing the evolutionary dynamics between the Muridae and Hominidae, we identified punctate events of chromosome reshuffling that shaped the ancestral karyotype of Mus musculus and Mus caroli between 3 to 6 MYA, but that are absent in the Hominidae. In fact, Hominidae show between four- and seven-fold lower rates of nucleotide change and feature turnover in both neutral and functional sequences suggesting an underlying coherence to the Muridae acceleration. Our system of matched, high-quality genome assemblies revealed how specific classes of repeats can play lineage-specific roles in related species. For example, recent LINE activity has remodeled protein-coding loci to a greater extent across the Muridae than the Hominidae, with functional consequences at the species level such as reproductive isolation. Furthermore, we charted a Muridae-specific retrotransposon expansion at unprecedented resolution, revealing how a single nucleotide mutation transformed a specific SINE element into an active CTCF binding site carrier specifically in Mus caroli. This process resulted in thousands of novel, species-specific CTCF binding sites. Our results demonstrate that the comparison of matched phylogenetic sets of genomes will be an increasingly powerful strategy for understanding mammalian biology.

The mechanisms that restrict peptidoglycan biosynthesis to the pole during elongation and re-direct peptidoglycan biosynthesis to mid-cell during cell division in polar-growing Alphaproteobacteria are largely unknown. Here, we demonstrate that although two of the three FtsZ homologs localize to mid-cell, exhibit GTPase activity and form co-polymers, only one, FtsZAT, is required for cell division. We find that FtsZAT is required not only for constriction and cell separation, but also for the termination of polar growth and regulation of peptidoglycan synthesis at mid-cell. Depletion of FtsZ in A. tumefaciens causes a striking phenotype: cells are extensively branched and accumulate growth active poles through tip splitting events. When cell division is blocked at a later stage, polar growth is terminated and ectopic growth poles emerge from mid-cell. Overall, this work suggests that A. tumefaciens FtsZ makes distinct contributions to the regulation of polar growth and cell 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.

Abstract The bacterial cell wall is made of peptidoglycan (PG), a polymer that is essential for maintenance of cell shape and survival. Many bacteria alter their PG chemistry as a strategy to adapt their cell wall to environmental challenges. Therefore, identifying these factors is important to better understand the interplay between microbes and their habitat. Here we used the soil bacterium Pseudomonas putida to uncover cell wall modulators from plant extracts and found canavanine (CAN), a non-proteinogenic amino acid. We demonstrated that cell wall chemical editing by CAN is licensed by P. putida BsrP, a broad-spectrum racemase which catalyzes production of D-CAN. Remarkably, D-CAN alters dramatically the PG structure of Rhizobiales (e.g. Agrobacterium tumefaciens, Sinorhizobium meliloti ), impairing PG synthesis, crosslinkage and cell division. Using A. tumefaciens we demonstrated that the detrimental effect of D-CAN is suppressed by a single amino acid substitution in the cell division PG transpeptidase penicillin binding protein 3a. Collectively, this work provides a fascinating example of how interspecies metabolic crosstalk can be a source of novel cell wall regulatory molecules to govern microbial biodiversity.