2. Abstract The development of spots or lesions symptomatic of the common scab disease on root and tuber crops is caused by few pathogenic Streptomyces with Streptomyces scabiei 87-22 as the model species. Thaxtomin phytotoxins are the primary virulence determinants, mainly acting by impairing cellulose synthesis, and their production in S . scabiei is in turn boosted by the cello-oligosaccharides released from host plants. In this work we aimed to determine which molecules and which biosynthetic gene clusters (BGCs) of the specialized metabolism of S. scabiei 87-22 show a production and/or transcriptional response to cello-oligosaccharides. Comparative metabolomic and transcriptomic analyses revealed that molecules of the virulome of S. scabiei induced by cellobiose and cellotriose include i) thaxtomins and concanamycins phytotoxins (and to a lesser extent N-coronafacoyl-L-isoleucine), ii) desferrioxamines, scabichelin and turgichelin siderophores in order to acquire iron essential for housekeeping functions, iii) ectoine for protection against osmotic shock once inside the host, and iv) bottromycins and concanamycins antimicrobials possibly to prevent other microorganisms from colonizing the same niche. Importantly, both cell-oligosaccharides reduced the production of the spore germination inhibitors germicidins and the plant growth regulators rotihibins. The metabolomic study also revealed that cellotriose is in general a more potent elicitor of the virulome compared to cellobiose. This result supports an earlier hypothesis that suggested that the trisaccharide would be the real virulence-triggering factor released from the plant cell wall through the action of thaxtomins. Interestingly, except for thaxtomins, none of these BGCs’ expression seems to be under direct control of the cellulose utilization repressor CebR suggesting the existence of another master regulator sensing the internalization of cello-oligosaccharides. Finally, we found nine additional cryptic and orphan BGCs that have their expression awakened by cello-oligosaccharides, demonstrating that other and yet to be discovered metabolites are part of the virulome of S . scabiei . 3. Impact statement Unveiling the environmental triggers that signal proper conditions for host colonization and what is the composition of the arsenal of metabolites specialized for this task (the virulome) is key to understand host-pathogen interactions. In this work, focused on the induction of the common scab disease caused by Streptomyces species, we provided further knowledge to both aspects i.e., i) highlighting the capability of cellotriose to trigger the entire virulome and not only the production of thaxtomin phytotoxins, and ii) identifying the set of metabolites that specifically respond to cello-oligosaccharides emanating from the plant under attack. Importantly, we also revealed that the expression of nine cryptic/orphan biosynthetic gene clusters (BGCs) involved in the production of unknown compounds was drastically activated upon cello-oligosaccharides import suggesting that a significant part of the virulome of S . scabiei remains to be discovered. Finally, we unexpectedly found that the expression control of most of the known and cryptic BGCs does not depend on the cello-oligosaccharide utilization repressor CebR which suggests the existence of another and yet unknown master regulator of the virulence in S . scabiei . 4. Significance as a BioResource to the community Not Applicable 5. Outcome Not Applicable 6. Data summary [A section describing all supporting external data including the DOI(s) and/or accession numbers(s), and the associated URL.] The authors confirm all supporting data, code and protocols have been provided within the article or through supplementary data files. RNAseq data were publicly deposited, and our experimental and analytical pipeline were described on the GEO database repository (Accession number: GSE181490)

Abstract Cellulose being the most abundant polysaccharide on earth, beta-glucosidases hydrolyzing cello-oligosaccharides are key enzymes to fuel glycolysis in microorganisms developing on plant material. In Streptomyces scabiei , the causative agent of common scab in root and tuber crops, a genetic compensation phenomenon safeguards the loss of the gene encoding the cello-oligosaccharide hydrolase BglC by awakening the expression of alternative beta-glucosidases. Here we reveal that the BglC compensating enzyme BcpE2 is the GH3-family beta-glucosidase that displays the highest reported substrate promiscuity able to release the glucose moiety of all tested types of plant-derived heterosides (aryl β-glucosides, monolignol glucosides, cyanogenic glucosides, anthocyanosides, and coumarin heterosides). BcpE2 structure analysis highlighted a large cavity in the PA14 domain that covers the active site, and the high flexibility of this domain would allow proper adjustment of this cavity for disparate heterosides. The exceptional substrate promiscuity of BcpE2 provides microorganisms a versatile tool for scavenging glucose from plant-derived nutrients that widely vary in size and structure. Importantly, scopolin is the only substrate commonly hydrolyzed by both BglC and BcpE2 thereby generating the potent virulence inhibitor scopoletin. Next to fueling glycolysis, both enzymes thus also interfere with the plant defense mechanisms to fine-tune the strength of virulence.

Abstract Common scab disease on root and tuber plants is caused by Streptomyces scabies and related species which use the cellulose synthase inhibitor thaxtomin A as main phytotoxin. Thaxtomin production is primarily triggered by the import of cello-oligosaccharides. Once inside the cell, the fate of the cello-oligosaccharides is dichotomized into i) fueling glycolysis with glucose for the saprophytic lifestyle through the action of β-glucosidase(s) (BG), and ii) eliciting the pathogenic lifestyle by inhibiting the CebR-mediated transcriptional repression of thaxtomin biosynthetic genes. Here we investigated the role of scab57721 encoding a putative BG (BglC) in the onset of the pathogenicity of S. scabies . Enzymatic assays showed that BglC was able to release glucose from cellobiose, cellotriose and all other cello-oligosaccharides tested. Its inactivation resulted in a phenotype opposite to what was expected as we monitored reduced production of thaxtomin when the mutant was cultivated on media containing cello-oligosaccharides as unique carbon source. This unexpected phenotype could be attributed to the highly increased activity of alternative intracellular BGs, probably as a compensation of bglC inactivation, which then prevented cellobiose and cellotriose accumulation to reduce the activity of CebR. In contrast, when the bglC null mutant was cultivated on media devoid of cello-oligosaccharides it instead constitutively produced thaxtomin. This observed hypervirulent phenotype does not fit with the proposed model of the cello-oligosaccharide-mediated induction of thaxtomin production and suggests that the role of BglC in the route to the pathogenic lifestyle of S. scabies is more complex than currently presented.