Abstract The type 2 secretion system (T2SS) is present in some Gram-negative eubacteria and used to secrete proteins across the outer membrane. Here we report that certain representative heteroloboseans, jakobids, malawimonads and hemimastigotes unexpectedly possess homologues of core T2SS components. We show that at least some of them are present in mitochondria, and their behaviour in biochemical assays is consistent with the presence of a mitochondrial T2SS-derived system (miT2SS). We additionally identified 23 protein families co-occurring with miT2SS in eukaryotes. Seven of these proteins could be directly linked to the core miT2SS by functional data and/or sequence features, whereas others may represent different parts of a broader functional pathway, possibly also involving the peroxisome. Its distribution in eukaryotes and phylogenetic evidence together indicate that the miT2SS-centred pathway is an ancestral eukaryotic trait. Our findings thus have direct implications for the functional properties of the early mitochondrion.

ABSTRACT CRISPR/Cas9 system is an extremely powerful technique that is extensively used for various genome modifications in different organisms including parasitic protists. Giardia intestinalis , a protist parasite infecting about 280 million people around the world each year, has been eluding the routine use of CRISPR/Cas9 for generating knock-out cell lines due to the presence of four copies of each gene in its two nuclei. Apart from single exception employing rather laborious Cre/loxP system, no full knock-out cell line has been established yet. In this work, we show the ability of in-vitro assembled CRISPR/Cas9 components to successfully edit the genome of G. intestinalis . We further established a cell line stably expressing Cas9 in both G. intestinalis nuclei. Subsequent introduction of a template for homologous recombination containing the transcription units for the resistance marker and gRNA resulted in the removal of all gene copies at once for three independent experimental genes, mem, cwp1 and mlf1 . The method was also applicable for the incomplete disruption of an essential gene, as documented by markedly decreased expression of tom40 . Finally, testing the efficiency of Cas9-induced recombination revealed that homologous arms as short as 150 bp can be sufficient to establish a full knock-out cell line in G. intestinalis .

ABSTRACT Mitochondrial metabolism is entirely dependent on the biosynthesis of the [4Fe-4S] clusters, which are part of the subunits of the respiratory chain. The mitochondrial late ISC pathway mediates the formation of these clusters from simpler [2Fe-2S] molecules and transfers them to client proteins. Here, we characterized the late ISC pathway in one of the simplest mitochondria, mitosomes, of the anaerobic protist Giardia intestinalis that lost the respiratory chain and other hallmarks of mitochondria. Identification of the late ISC interactome revealed unexpected involvement of the aerobic marker protein BolA and specific interaction of IscA with the outer mitosomal membrane. Although we confirmed that the synthesis of the Fe-S cluster remained the only metabolic role of mitosomes, we also showed that mitosomes lack client proteins that require the [4Fe-4S] cluster. Instead, by knocking out the bolA gene from the G. intestinalis genome, we showed that, unlike aerobic mitochondria, the late ISC mitosomal pathway is involved in the assembly of cytosolic [4Fe-4S] clusters. Thus, this work reveals an unexpected link between the formation of mitochondrial and cytosolic [4Fe- 4S] clusters. This may either be a consequence of mitochondrial adaptation to life without oxygen, or it represents a general metabolic coupling that has not been previously observed in the complex mitochondrial metabolism of aerobes.