Ralstonia solanacearum is a devastating, soil-borne plant pathogen with a global distribution and an unusually wide host range. It is a model system for the dissection of molecular determinants governing pathogenicity. We present here the complete genome sequence and its analysis of strain GMI1000. The 5.8-megabase (Mb) genome is organized into two replicons: a 3.7-Mb chromosome and a 2.1-Mb megaplasmid. Both replicons have a mosaic structure providing evidence for the acquisition of genes through horizontal gene transfer. Regions containing genetically mobile elements associated with the percentage of G+C bias may have an important function in genome evolution. The genome encodes many proteins potentially associated with a role in pathogenicity. In particular, many putative attachment factors were identified. The complete repertoire of type III secreted effector proteins can be studied. Over 40 candidates were identified. Comparison with other genomes suggests that bacterial plant pathogens and animal pathogens harbour distinct arrays of specialized type III-dependent effectors.

TonB-dependent receptors (TBDRs) are outer membrane proteins mainly known for the active transport of iron siderophore complexes in Gram-negative bacteria. Analysis of the genome of the phytopathogenic bacterium Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), predicts 72 TBDRs. Such an overrepresentation is common in Xanthomonas species but is limited to only a small number of bacteria. Here, we show that one Xcc TBDR transports sucrose with a very high affinity, suggesting that it might be a sucrose scavenger. This TBDR acts with an inner membrane transporter, an amylosucrase and a regulator to utilize sucrose, thus defining a new type of carbohydrate utilization locus, named CUT locus, involving a TBDR for the transport of substrate across the outer membrane. This sucrose CUT locus is required for full pathogenicity on Arabidopsis, showing its importance for the adaptation to host plants. A systematic analysis of Xcc TBDR genes and a genome context survey suggested that several Xcc TBDRs belong to other CUT loci involved in the utilization of various plant carbohydrates. Interestingly, several Xcc TBDRs and CUT loci are conserved in aquatic bacteria such as Caulobacter crescentus, Colwellia psychrerythraea, Saccharophagus degradans, Shewanella spp., Sphingomonas spp. or Pseudoalteromonas spp., which share the ability to degrade a wide variety of complex carbohydrates and display TBDR overrepresentation. We therefore propose that TBDR overrepresentation and the presence of CUT loci designate the ability to scavenge carbohydrates. Thus CUT loci, which seem to participate to the adaptation of phytopathogenic bacteria to their host plants, might also play a very important role in the biogeochemical cycling of plant-derived nutrients in marine environments. Moreover, the TBDRs and CUT loci identified in this study are clearly different from those characterized in the human gut symbiont Bacteroides thetaiotaomicron, which allow glycan foraging, suggesting a convergent evolution of TBDRs in Proteobacteria and Bacteroidetes.

Abstract Plant diseases are an important threat to food production. While major pathogenicity determinants required for disease have been extensively studied, less is known on how pathogens thrive during host colonization especially at early infection stages. Here, we used randomly barcoded-transposon insertion site sequencing (RB-TnSeq) to perform a genome-wide screen and identify key bacterial fitness determinants of the vascular pathogen Xanthomonas campestris pv. campestris ( Xcc ) during infection of the cauliflower host plant ( Brassica oleracea ). This high-throughput analysis was conducted in hydathodes, the natural entry site of Xcc , in xylem sap and in synthetic media. Xcc did not face a strong bottleneck during hydathode infection. 183 genes important for fitness were identified in plant-associated environments with functional enrichment in genes involved in metabolism when only few genes known to be involved in virulence were found to be affected. The biological relevance of 13 genes was independently confirmed by phenotyping single mutants. Notably, we show that the XC_3388, a protein with no known function (DUF1631), plays a key role in the adaptation and virulence of Xcc possibly through c-di-GMP-mediated regulation. This study thus revealed yet unsuspected social behaviors adopted by Xcc individuals when confined inside hydathodes at early infection stages.

ABSTRACT Bacteria of the genus Xanthomonas cause economically significant diseases in various crops. Their virulence is dependent on the translocation of type III effectors (T3Es) into plant cells by the type III secretion system (T3SS), a process regulated by the master response regulator HrpG. Although HrpG has been studied for over two decades, its regulon across diverse Xanthomonas species, particularly beyond type III secretion, remains understudied. In this study, we conducted transcriptome sequencing to explore the HrpG regulons of 17 Xanthomonas strains, encompassing six species and nine pathovars, each exhibiting distinct host and tissue specificities. We employed constitutive expression of plasmid-borne hrpG *, which encodes a constitutively active form of HrpG, to induce the regulon. Our findings reveal substantial inter- and intra-specific diversity in the HrpG* regulons across the strains. Besides 21 genes directly involved in the biosynthesis of the T3SS, the core HrpG* regulon is limited to only five additional genes encoding the transcriptional activator HrpX, the two T3E proteins XopR and XopL, a major facility superfamily (MFS) transporter, and the phosphatase PhoC. Interestingly, genes involved in chemotaxis and genes encoding enzymes with carbohydrate-active and proteolytic activities are variably regulated by HrpG*. The diversity in the HrpG* regulon suggests that HrpG-dependent virulence in Xanthomonas might be achieved through several distinct strain-specific strategies, potentially reflecting adaptation to diverse ecological niches. These findings enhance our understanding of the complex role of HrpG in regulating various virulence and adaptive pathways, extending beyond T3Es and the T3SS. IMPORTANCE In the decades since its discovery, HrpG and its role in the regulation of the type III secretion system (T3SS) and its associated type III effectors (T3Es) in Xanthomonas has been the subject of extensive research. Despite notable progress in understanding its molecular regulatory mechanisms, the full spectrum of processes under control of HrpG, particularly beyond the T3SS and T3Es, and the degree of regulatory conservation across plant-pathogenic Xanthomonas species, remained unclear. To address this knowledge gap, we systematically compared the transcriptomes of 17 Xanthomonas strains, expressing a constitutively active form of HrpG, called HrpG*. We showed that HrpG* regulates different physiological processes other than the T3SS and T3Es and that this regulation shows substantial variation across the different strains. Taken together, our results provide new insights into Xanthomonas- plant interactions through the regulation of different metabolic and virulence pathways by the master response regulator HrpG.

Abstract Xanthomonas campestris pv. campestris ( Xcc ) bacterium is a seed-transmitted vascular pathogen causing black rot disease on cultivated and wild Brassicaceae. Xcc enters the plant tissues preferentially via hydathodes which are organs localized at leaf margins. In order to decipher both physiological and virulence strategies deployed by Xcc during early stages of infection, the transcriptomic profile of Xcc was analyzed three days after entry into cauliflower hydathodes. Despite the absence of visible plant tissue alterations and a bacterial biotrophic lifestyle, 18% of Xcc genes undergo a transcriptional reprogramming, including a striking repression of chemotaxis and motility functions. Xcc full repertoire of virulence factors was not yet activated but the expression of the 95-gene HrpG regulon, including genes coding for the type three secretion machinery important for suppression of plant immunity, was induced. The expression of genes involved in metabolic adaptations such as catabolism of plant compounds, transport functions, sulfur and phosphate metabolism was upregulated while limited stress responses were observed three days post infection. These transcriptomic observations give information about the nutritional and stress status of bacteria during the early biotrophic infection stages and help to decipher the adaptive strategy of Xcc to the hydathode environment.