Acinetobacter baumannii is a common nosocomial pathogen that utilizes numerous mechanisms to aid its survival in both the environment and the host. Coordination of such mechanisms requires an intricate regulatory network. We report here that A. baumannii can directly regulate several stress-related pathways via the two-component regulatory system BfmRS. Similar to previous studies, results from transcriptomic analysis showed that mutation of the BfmR response regulator causes dysregulation of genes required for the oxidative stress response, the osmotic stress response, the misfolded protein/heat shock response, Csu pilus/fimbria production, and capsular polysaccharide biosynthesis. We also found that the BfmRS system is involved in controlling siderophore biosynthesis and transport, and type IV pili production. We provide evidence that BfmR binds to various stress-related promoter regions and show that BfmR alone can directly activate transcription of some stress-related genes. Additionally, we show that the BfmS sensor kinase acts as a BfmR phosphatase to negatively regulate BfmR activity. This work highlights the importance of the BfmRS system in promoting survival of A. baumannii. IMPORTANCE Acinetobacter baumannii is a nosocomial pathogen that has extremely high rates of multidrug resistance. This organism's ability to endure stressful conditions is a key part of its ability to spread in the hospital environment and cause infections. Unlike other members of the gammaproteobacteria, A. baumannii does not encode a homolog of the RpoS sigma factor to coordinate its stress response. Here, we demonstrate that the BfmRS two-component system directly controls the expression of multiple stress resistance genes. Our findings suggest that BfmRS is central to a unique scheme of general stress response regulation by A. baumannii.

2-aminoimidazole (2-AI) compounds inhibit the formation of bacterial biofilms, disperse preformed biofilms, and re-sensitize multidrug resistant bacteria to antibiotics. 2-AIs have previously been shown to interact with bacterial response regulators, but the mechanism of interaction is still unknown. Response regulators are one part of two-component systems (TCS). TCSs allow cells to respond to changes in their environment, and are used to trigger quorum sensing, virulence factors, and antibiotic resistance. Drugs that target the TCS signaling process can inhibit pathogenic behavior, making this a potent new therapeutic approach that has not yet been fully exploited. We previously laid the groundwork for the interaction of the Acinetobacter baumannii response regulator BfmR with an early 2-AI derivative. Here, we further investigate the response regulator/2-AI interaction and look at a wider library of 2-AI compounds. By combining molecular modeling with biochemical and cellular studies, we expand on a potential mechanism for interaction between response regulators and 2-AIs. We also establish that Francisella tularensis/novicida, encoding for only three known response regulators, can be a model system to study the interaction between 2-AIs and response regulators. We show that knowledge gained from studying Francisella can be applied to the more complex A. baumannii system, which contains over 50 response regulators. Understanding the impact of 2-AIs on response regulators and their mechanism of interaction will lead to the development of more potent compounds that will serve as adjuvant therapies to broad-range antibiotics.

With antibiotic resistance increasing at alarming rates, targets for new antimicrobial therapies must be identified. A particularly promising target is the bacterial two-component system. Two-component systems allow bacteria to detect, evaluate and protect themselves against changes in the environment, such as exposure to antibiotics and also to trigger production of virulence factors. Drugs that target the response regulator portion of two-component systems represent a potent new approach so far unexploited. Here, we focus efforts on the highly virulent bacterium Francisella tularensis tularensis. Francisella contains only three response regulators, making it an ideal system to study. In this study, we initially present the structure of the N-terminal domain of QseB, the response regulator responsible for biofilm formation. Subsequently, using binding assays, computational docking and cellular studies, we show that QseB interacts with2-aminoimidazole based compounds that impede its function. This information will assist in tailoring compounds to act as adjuvants that will enhance the effect of antibiotics.

To create novel variants for morphological, physiological, and biotic stress tolerance traits, induced mutations were created using Ethyl Methane Sulphonate (EMS) in the background of Samba Mahsuri (BPT 5204), a popular and mega rice variety of India. A population derived from 10, 500 M 1 plants and their descendants were phenotyped for a wide range of traits leading to the identification of 124 mutants having variations in key agro-morphological traits, and 106 mutants exhibiting variation for physiological traits. Higher yield is the ultimate goal of crop improvement and we identified 574 mutants having higher yield compared to wild type by having better yield attributing traits. Further, a total of 50 mutants showed better panicle exertion phenotypes as compared to Samba Mahsuri leading to enhancement of yield. Upon rigorous screening for three major biotic stresses, 8 mutants showed enhanced tolerance for yellow stem borer (YSB), and 13 different mutants each showed enhanced tolerance for sheath blight (ShB) and bacterial leaf blight (BLB), respectively. In addition, screening at multiple locations that have diverse field isolates identified 3, 3, and 5 lines for tolerance to ShB, YSB and BLB, respectively. On the whole, 1231 desired mutant lines identified at M 2 were forwarded to an advanced generation (M 5 ). PCR based allele mining indicated that the BLB tolerant mutants have a different allele than the reported alleles for well-known genes affecting bacterial blight resistance. Whole genome re-sequencing revealed substantial variation in comparison to Samba Mahsuri. The lines showing enhanced tolerance to important biotic stresses (YSB, ShB and BLB) as well as several economically important traits are unique genetic resources which can be utilized for the identification of novel genes/alleles for different traits. The lines which have better agronomic features can be used as pre-breeding lines. The entire mutant population is maintained as a national resource for genetic improvement of the rice crop.

Response regulators are a critical part of the two-component system of gene expression regulation in bacteria, transferring a signal from a sensor kinase into DNA binding activity resulting in alteration of gene expression. In this study, we investigated a previously uncharacterized response regulator in Francisella novicida, FTN_1452 that we have named BfpR (Biofilm-regulating Francisella protein Regulator, FTN_1452). In contrast to another Francisella response regulator, QseB/PmrA, BfpR appears to be a negative regulator of biofilm production, and also a positive regulator of antimicrobial peptide resistance in this bacterium. The protein was crystallized and X-ray crystallography studies produced a 1.8 Å structure of the BfpR N-terminal receiver domain revealing interesting insight into its potential interaction with the sensor kinase. Structural analysis of BfpR places it in the OmpR/PhoP family of bacterial response regulators along with WalR and ResD. Proteomic and transcriptomic analyses suggest that BfpR overexpression affects expression of the critical Francisella virulence factor iglC, as well as other proteins in the bacterium. We demonstrate that mutation of bfpR is associated with an antimicrobial peptide resistance phenotype, a phenotype also associated with other response regulators, for the human cathelicidin peptide LL-37 and a sheep antimicrobial peptide SMAP-29. F. novicida with mutated bfpR replicated better than WT in intracellular infection assays in human-derived macrophages suggesting that the down-regulation of iglC expression in bfpR mutant may enable this intracellular replication to occur. Response regulators have been shown to play important roles in the regulation of bacterial biofilm production. We demonstrate that F. novicida biofilm formation was highly increased in the bfpR mutant, corresponding to altered glycogen synthesis. Waxworm infection experiments suggest a role of BfpR as a negative modulator of iglC expression with de-repression by Mg2+. In this study, we find that the response regulator BfpR may be a negative regulator of biofilm formation, and a positive regulator of antimicrobial peptide resistance in F. novicida.