Abstract Beyond their role in horizontal gene transfer, conjugative plasmids commonly encode homologues of bacterial regulators. Known plasmid regulator homologues have highly targeted effects upon the transcription of specific bacterial traits. Here, we characterise a plasmid translational regulator, RsmQ, capable of taking global regulatory control in Pseudomonas fluorescens and causing a behavioural switch from motile to sessile lifestyle. RsmQ acts as a global regulator controlling the host proteome through direct interaction with host mRNAs and interference with the host’s translational regulatory network. This mRNA interference leads to largescale proteomic changes in metabolic genes, key regulators and genes involved in chemotaxis, thus controlling bacterial metabolism and motility. Moreover, comparative analyses found RsmQ on a large number of divergent plasmids isolated from multiple bacterial host taxa, suggesting the widespread importance of RsmQ for manipulating bacterial behaviour across clinical, environmental, and agricultural niches. RsmQ is a widespread plasmid global translational regulator primarily evolved for host chromosomal control to manipulate bacterial behaviour and lifestyle. Significance Statement Plasmids are recognised for their important role in bacterial evolution as drivers of horizontal gene transfer. Less well understood are the effects of plasmids upon bacterial behaviours by manipulating the expression of key bacterial phenotypes. Until now, examples of plasmid manipulation of their bacterial hosts were limited to highly targeted transcriptional control of a few related traits. In contrast, here we describe the first plasmid global translational regulator evolved to control the bacterial behavioural switch from a motile to a sessile lifestyle and bacterial metabolism, mediated through manipulation of the bacterial proteome. Moreover, this global translational regulator is common across divergent plasmids in a wide range of bacterial host taxa, suggesting that plasmids may commonly control bacterial lifestyle in the clinic, agricultural fields, and beyond.

Pyocin S5 (PyoS5) is a potent protein bacteriocin that eradicates the human pathogen P. aeruginosa in animal infection models, but its import mechanism is poorly understood. Here, using crystallography, biophysical and biochemical analysis and live-cell imaging, we define the entry process of PyoS5 and reveal links to the transport mechanisms of other bacteriocins. In addition to its C-terminal pore-forming domain, elongated PyoS5 comprises two novel tandemly repeated kinked three helix bundle domains that structure-based alignments identify as key import domains in other pyocins. The central domain binds the lipid-bound common polysaccharide antigen, allowing the pyocin to accumulate on the cell surface. The N-terminal domain binds the ferric pyochelin transporter FptA while its associated disordered region binds the inner membrane protein TonB1, which together drive import of the bacteriocin across the outer membrane. Finally, we identify the minimal requirements for sensitizing Escherichia coli towards PyoS5, as well as other pyocins, and suggest that a generic pathway likely underpins the import of all TonB-dependent bacteriocins across the outer membrane of Gram-negative bacteria.

Abstract Plasmids drive bacterial evolutionary innovation by transferring ecologically important functions between lineages, but acquiring a plasmid often comes at a fitness cost to the host cell. Compensatory mutations, which ameliorate the cost of plasmid carriage, promote plasmid maintenance in simplified laboratory media across diverse plasmid-host associations. Whether such compensatory evolution can occur in more complex communities inhabiting natural environmental niches where evolutionary paths may be more constrained is, however, unclear. Here we show a substantial fitness cost of carrying the large conjugative plasmid pQBR103 in Pseudomonas fluorescens in the plant rhizosphere. This plasmid fitness cost could be ameliorated by compensatory mutations affecting the chromosomal global regulatory system gacA/gacS , which arose rapidly in plant rhizosphere communities and were exclusive to plasmid carriers. These findings expand our understanding of the importance of compensatory evolution in plasmid dynamics beyond simplified lab media. Compensatory mutations contribute to plasmid survival in bacterial populations living within complex microbial communities in their natural environmental niche.