2  

   A  

 B  

Supplementary  Figure  S1.  Transmission  electron  micrograph  of  Bartonella  melophagi  (A)  and  Trypanosoma  melophagi  (B)  residing  extracelullarly    in  the  gut  lumen.      

3  

A  

B   C  

 

 

Supplementary  Figure  S2.  Visualization  of  the  endosymbionts  by  16S  rRNA-­‐targeted  fluorescent  in  situ  hybridization.  Green  signal  (Flc)  indicates    Arsenophonus  melophagi  within  the  embryo  in  the  late  developmental  stage  (A).  Red  signal  (Cy3)  shows  Sodalis  melophagi  (B)  and  Arsenophonus  melophagi,  in  green,  (C)  residing  together  in  the  lumen  of  milk  gland.      

4  

 

PdxH

B1 (thiamine)

B2 (riboflavin)

B3 (nicotinate and nicotinamide)

B5 (pantothenic acid)

B6 (pyridoxine)

B7 (biotin)

B9 (folic acid and folate)

RibA RibD RibD RibE RibC RibF RibF

RibB

riboflavinFMN

FAD

BioA BioD BioB

biotin

BioF

ThiL

thiamine

ThiKth. 2P

ThiE

ThiD ThiCThiDIscS

ThiIThiF ThiF ThiHG

ThiMTenA

ThiP-ThiQ-TbpA

thiamine/th. 2Ptransporter

2.7.6.2

th. 3P

2.7.6.2

ThiGThiO

Epd PdxB SerC PdxA PdxJpyridoxine-P

PdxHpyridoxal 5-P pyridoxamin 5-P

PdxK

pyridoxamine

PdxH

pyridoxal

pyridoxinePdxH

PdxK PdxK

NadB

NadA

NadC

3.1.3.5 DeoD

nicotinate

PncB

nicotinamide

PncA

DeoD3.1.3.5NadD

NadDNAD+

deamino-NAD+

NadE

NADP+ PpnK

lipoic acid

PanB PanE PanC 2.7.1.33 6.3.2.5 4.1.1.36 2.7.7.3 2.7.1.24coenzyme A

acyl-carrier proteinAcpH

(R)-Panthotenate

PanD

BioM-BioN-BioY transporter

biotin

GTP

bioF+ bioD fused

AcpS

CoaA CoaB CoaC CoaD CoaE

LipA LipB

protein N6-(lipoyl)lysineoctanoyl-[acp]

THF-polyglutamate

THF-L-glutamate

tetrahydrofolate

FolA

FolP

7,8-dihydrofolateFolAfolate

FolA

PabCPabAB

chorismate

FolE

FolB

PhoA

FolK

GTP

FolC

3-methyl-2-oxobutanoate

aspartate

D-erythrose-4-phosphate

ribulose-5-phosphate FolC

FolC

aspartate

glycine

5-amino-1-(5-phospho-D-ribosyl)imidazole

2.7.1.22

2.7.1.22

BioC FabH FabG FabZ FabI FabB FabG FabZ FabI BioH

GltX

glutamate

HemA HemL HemB HemC HemD HemE HemN HemG HemHprotoheme IXProtoheme IX

Ubiquinol (coenzyme Q10) UbiA UbiD UbiB UbiG UbiH UbiE UbiF UbiGUbiCchorismate

Dxs Dxr IspD IspE IspF IspG IspH Idi IspA IspA IspBG3P

Malonyl-CoA

Arsenophonus melophagiSodalis melophagiBartonela melophagi

Supplementary   Figure   S3.  B-­‐vitamin   and   related   cofactor   biosynthetic   pathways  based  on  draft  genomes  of  Arsenophonus,  Sodalis  and  Bartonella  

Supplementary Table S1. List of bacterial genomes included into the comparative analysis using clusters of orthologous genes (Figure 4).  

Figure  4  Abb.   IMG  Genome  Name  /  Sample  Name   host   diet   symbiosis  

IMG  Genome  ID  

Genome  Size  

Gene  Count  

GC  %  

ArM   Arsenophonus  melophagi  ArM   Melophagus  ovinus   blood   P   2510065004   1155312   765   32  ArP   Arsenophonus  pediculi  ArP  (Riesia  pediculicola)   Pediculus  capitis   blood   P   2510065001   574390   521   28  ArN   Arsenophonus  sp.  ArN   Nasonia  vitripennis   other   S   2510065002   3575339   3558   37  ArT   Arsenophonus  triatominarum  ArT   Triatoma  infestans   blood   S   2510065003   2619384   2431   37  Blatt1   Blattabacterium  sp.  (Blaberus  giganteus)   Blaberus  giganteus   omni   P   2518645548   632588   614   26  Blatt2   Blattabacterium  sp.  (Blatta  orientalis)  Tarazona   Blatta  orientalis   omni   P   2561511170   638184   626   28  Blatt3   Blattabacterium  sp.  (Mastotermes  darwiniensis)  MADAR   Mastotermes  darwiniensis   omni   P   2511231105   590336   589   28  Blatt4   Blattabacterium  sp.  (Nauphoeta  cinerea)   Nauphoeta  cinerea   omni   P   2558309074   626626   621   26  Blatt5   Blattabacterium  sp.  (Panesthia  angustipennis  spadica)  BPAA   Panesthia  angustipennis   omni   P   2597489928   632490   622   26  Blatt6   Blattabacterium  sp.  Bge   Blattella  germanica   omni   P   650716011   640935   629   27  Blatt7   Blattabacterium  sp.  BPLAN   Periplaneta  americana   omni   P   646311912   640442   617   28  Blatt8   Blattabacterium  sp.  Cpu   Cryptocercus  punctulatus   omni   P   2511231112   609561   588   24  Blatt9   Blattabacterium  sp.  MADAR     Mastotermes  darwiniensis   omni   P   2505679002   593824   600   28  Buch1   Buchnera  aphidicola  Bp   Baizongia  pistaciae   sap   P   639633012   618379   557   25  Buch2   Buchnera  aphidicola  Cc   Cinara  cedri   sap   P   643348521   422434   400   20  Buch3   Buchnera  aphidicola  Ct   Cinara  tujafilina   sap   P   650716012   444925   393   23  Buch4   Buchnera  aphidicola  LSR1   Acyrthosiphon  pisum   sap   P   645951868   642011   629   26  Blo1   Candidatus  Blochmannia  chromaiodes  640   Camponotus  chromaiodes   omni   P   2521172698   791219   655   29  Blo2   Candidatus  Blochmannia  floridanus   Camponotus  floridanus   omni   P   637000056   705557   632   27  Blo3   Candidatus  Blochmannia  pennsylvanicus  BPEN   Camponotus  pennsylvanicus   omni   P   637000057   791654   660   30  Blo4   Candidatus  Blochmannia  vafer  BVAF   Camponotus  vafer   omni   P   649633028   722593   628   28  Cars   Candidatus  Carsonella  ruddii  PV   Pachypsylla  venusta   sap   P   639633018   159662   213   17  Hod   Candidatus  Hodgkinia  cicadicola  Dsem   Diceroprocta  semicincta   sap   P   644736335   143795   187   58  Moran   Candidatus  Moranella  endobia  PCIT   Planococcus  citri   sap   P   650716016   538294   452   44  Sul1   Candidatus  Sulcia  muelleri  CARI   Clastoptera  arizonana   sap   P   648028014   276511   279   21  

5

Sul2   Candidatus  Sulcia  muelleri  DMIN   Draeculacephala  minerva   sap   P   646564518   243933   260   22  Sul3   Candidatus  Sulcia  muelleri  GWSS   Homalodisca  vitripennis   sap   P   641228484   245530   262   22  Sul4   Candidatus  Sulcia  muelleri  Hc   Homalodisca  vitripennis   sap   P   638341057   146184   213   24  Sul5   Candidatus  Sulcia  muelleri  SMDSEM   Diceroprocta  semicincta   sap   P   644736337   276984   276   23  Trem1   Candidatus  Tremblaya  princeps  PCIT   Planococcus  citri   sap   P   650716018   138927   139   59  Trem2   Candidatus  Tremblaya  princeps  PCVAL   Planococcus  citri   sap   P   2511231192   138931   152   59  Zin   Candidatus  Zinderia  insecticola  CARI   Clastoptera  arizonana   sap   P   648028015   208564   230   14  SerrCc   Serratia  symbiotica  Cinara  cedri   Cinara  cedri   sap   P   2511231072   1762765   772   29  SerrTu   Serratia  symbiotica  Tuscon   Acyrthosiphon  pisum   sap   S   651285005   2792868   2228   52  SoGlo   Sodalis  glossinidius  morsitans   Glossina  morsitans   blood   S   637000270   4292502   2662   55  SoMel   Sodalis  melophagi   Melophagus  ovinus   blood   S   NA   4569254   4889   51  SoHS1   Sodalis  sp.  HS1   human   other   O   2576861453   5159425   4460   57  SoPhil   Sodalis-­‐like  symbiont  of  Philaenus  spumarius  PSPU   Philaenus  spumarius   sap   S   2585428135   1386675   1487   54  WiggB   Wigglesworthia  glossinidia  endosymbiont  of  Glossina  brevipalpis   Glossina  brevipalpis   blood   P   637000338   703004   659   22  WiggM   Wigglesworthia  glossinidia  endosymbiont  of  Glossina  morsitans   Glossina  morsitans   blood   P   2511231135   719535   678   25  wPip   Wolbachia  endosymbiont  wPip_Mol  of  Culex  molestus   Culex  molestus   blood   S   2588253760   1340443   1227   34  wMel   Wolbachia  pipientis  wMelPop   Drosophila  melanogaster   sap   S   2568526663   1201350   1146   35  wRi   Wolbachia  sp.  wRi   Drosophila  simulans   sap   S   643692055   1445873   1187   35  wCle   Wolbachia  wCle   Cimex  lectularius   blood   P   NA   1250060   1314   36  

6

Supplementary Table S2. Comparison of P-symbiont genomes across functional categories and numbers of retained orthologous gene clusters (COG) in each of them.

Symbion

t/                

Functio

nal  C

ategory  

A  RN

A  processin

g  an

d  mod

ificatio

n  

C  En

ergy  produ

ction  an

d  conversio

n  

D  Cell  cycle  con

tr.,  cell  divisio

n,  

chrom.  p

artitioning  

E  Am

ino  acid  tran

sport  a

nd  

metab

olism

 

F  Nucleotide  tran

sport  a

nd  

metab

olism

 

G  Carbo

hydrate  tran

sport  a

nd  

metab

olism

 

H  Coe

nzym

e  tran

sport  a

nd  

metab

olism

 

I  Lipid  tran

sport  a

nd  

metab

olism

 

J  Translatio

n,  ribo

somal  

structure  an

d  biogen

esis  

K  Tran

scrip

tion  

L  Re

plication,  re

combina

tion  

and  repa

ir  

M  Cell  w

all  /mem

bran

e/  

envelope

 biogene

sis  

N  Cell  m

otility  

O  Posttrl.  m

odificatio

n,  protein  

turnover,  cha

perone

s  

P  Inorganic  ion  tran

sport  a

nd  

metab

olism

 

Q  Sec.  m

et.  b

iosynthe

sis,  

tran

sport  a

nd  catab

olism

 

R  Gen

eral  fu

nctio

n  pred

ictio

n  on

ly  

S  Functio

n  un

know

n  

T  Signal  tran

sductio

n  mecha

nism

s  

U  In

tracel.  Traffick,  secretio

n,  

and  vesic

.tran

sport  

V  De

fense  mecha

nism

s  

ArM   1   47   18   34   31   20   56   27   129   17   46   56   1   41   21   0   10   16   13   10   11  

WiggB   1   31   15   29   37   19   60   22   114   18   27   49   25   34   12   0   12   6   3   10   6  

WiggM   1   31   13   32   34   19   61   21   125   16   24   45   24   31   13   0   11   6   5   10   6  

ArP   1   24   8   25   17   21   41   25   116   14   25   23   1   28   9   0   4   6   2   7   3  

wCle   0   56   10   25   31   17   45   22   128   16   55   32   1   51   21   4   30   18   28   29   12  

Blatt1   0   35   9   60   28   15   35   14   117   13   28   24   1   26   14   1   12   4   2   9   7  

Blatt2   0   32   9   60   29   15   35   16   120   13   29   24   1   26   14   1   11   4   2   8   6  

Blatt3   0   36   9   46   27   15   34   13   112   12   27   20   1   26   17   1   12   4   2   8   6  

Blatt4   0   35   9   58   28   15   35   15   113   13   27   24   1   26   14   1   12   4   2   10   6  

Blatt5   0   35   8   61   28   15   35   14   111   13   27   24   1   27   14   1   13   4   2   9   7  

Blatt6   0   33   9   60   28   15   37   15   114   13   29   25   1   26   15   1   11   4   3   7   6  

Blatt7   0   36   10   60   29   15   39   15   119   13   28   26   1   26   16   1   11   5   2   7   7  

Blatt8   0   36   9   42   28   15   35   14   119   12   26   24   1   27   15   1   11   5   2   9   4  

Blatt9   0   36   9   46   26   15   36   13   110   12   27   20   1   26   17   1   12   4   2   7   6  

Buch1   1   42   8   50   20   29   20   9   124   14   32   19   15   31   11   0   8   4   7   7   6  

Buch2   1   27   7   40   2   17   5   5   121   14   27   2   7   27   4   0   3   0   7   5   4  

Buch3   1   24   5   38   1   14   3   5   121   12   24   3   11   26   3   0   5   1   5   5   2  

7

Buch4   1   40   8   49   24   29   30   13   128   17   32   28   20   33   15   0   9   4   7   10   5  

Blo1   1   41   15   55   20   28   35   27   124   20   27   51   1   34   22   0   8   6   4   15   5  

Blo2   1   43   13   59   21   30   32   21   122   17   29   48   1   33   24   0   8   7   3   13   5  

Blo3   1   42   15   60   21   29   37   27   122   20   29   51   1   34   24   0   8   6   4   15   5  

Blo4   1   42   14   55   18   27   30   25   124   17   27   48   1   32   23   0   9   6   3   12   5  

Cars   0   10   0   27   0   4   0   0   42   4   3   0   0   8   1   0   0   0   0   0   1  

Hod   0   10   0   15   1   1   11   0   41   2   2   0   0   8   1   0   1   0   0   0   0  

Moran   1   23   11   13   3   17   14   11   128   16   36   24   1   32   10   0   8   7   4   6   3  

Sul1   0   24   1   31   0   4   5   0   90   6   10   2   0   16   2   0   1   0   0   2   0  

Sul2   0   22   1   36   0   1   5   0   78   5   5   2   0   17   2   0   1   0   0   2   0  

Sul3   0   23   1   39   0   1   5   0   77   5   6   2   0   16   2   0   1   0   0   2   0  

Sul4   0   7   1   16   0   1   2   0   53   1   2   1   0   5   1   0   0   0   0   2   0  

Sul5   0   24   0   36   0   4   5   0   83   8   6   3   0   14   3   0   3   0   0   1   0  

Trem1   0   2   0   22   0   1   0   0   49   2   4   0   0   8   0   0   0   0   1   0   0  

Trem2   0   1   0   21   0   1   0   0   47   2   3   0   0   8   0   0   0   0   1   0   0  

Zin   0   21   0   23   2   0   7   0   77   2   10   0   0   11   2   0   3   0   0   1   0  

8

Supplementary Table S3. List of unique genes in comparison between A. melophagi and W. glossinidia. For each symbiont and COG category the numbers show total count of the genes/number of unique genes.

RNA  processing  and  modification  

A.melophagi   1/0  

W.glossinidia   1/0  

Energy  production  and  conversion  

A.melophagi   47/16  

COG0039   Malate/lactate  dehydrogenase  

COG0281   Malic  enzyme  

COG0633   Ferredoxin  

COG1347   Na+-­‐transporting  NADH:ubiquinone  oxidoreductase,  subunit  NqrD  

COG1726   Na+-­‐transporting  NADH:ubiquinone  oxidoreductase,  subunit  NqrA  

COG1805   Na+-­‐transporting  NADH:ubiquinone  oxidoreductase,  subunit  NqrB  

COG2209   Na+-­‐transporting  NADH:ubiquinone  oxidoreductase,  subunit  NqrE  

COG2869   Na+-­‐transporting  NADH:ubiquinone  oxidoreductase,  subunit  NqrC  

COG2871   Na+-­‐transporting  NADH:ubiquinone  oxidoreductase,  subunit  NqrF  

COG2878   Na+-­‐translocating  ferredoxin:NAD+  oxidoreductase  RNF,  RnfB  subunit  

COG4656   Na+-­‐translocating  ferredoxin:NAD+  oxidoreductase    RNF,  RnfC  subunit  

COG4657   Na+-­‐translocating  ferredoxin:NAD+  oxidoreductase  RNF,  RnfA  subunit  

COG4658   Na+-­‐translocating  ferredoxin:NAD+  oxidoreductase    RNF,  RnfD  subunit  

COG4659   Na+-­‐translocating  ferredoxin:NAD+  oxidoreductase  RNF,  RnfG  subunit  

COG4660   Na+-­‐translocating  ferredoxin:NAD+  oxidoreductase    RNF,  RnfE  subunit  

W.glossinidia   31/0  

Cell  cycle  control,  cell  division,  chromosome  partitioning  

9

A.melophagi  

COG0218  

COG1426  

COG2177  

COG2884  

COG3115  

COG3116  

COG3147  

W.glossinidia  

COG1559  

COG3027  

18/7  

GTP-­‐binding  protein  EngB  required  for  normal  cell  division  

Cytoskeletal  protein  RodZ,  contains  Xre-­‐like  HTH  and  DUF4115  domains  

Cell  division  protein  FtsX  

ABC-­‐type  ATPase  involved  in  cell  division  

Cell  division  protein  ZipA,  interacts  with  FtsZ  

Cell  division  protein  FtsL,  interacts  with  FtsB,  FtsL  and  FtsQ  

Cell  division  protein  DedD  (periplasmic  protein  involved  in  septation)  

13/2  

Cell  division  protein  YceG,  involved  in  septum  cleavage  

Cell  division  protein  ZapA,  inhibits  GTPase  activity  of  FtsZ  

Amino  acid  transport  and  metabolism  

A.melophagi   34/9  

COG0287   Prephenate  dehydrogenase  

COG0308   Aminopeptidase  N  

COG0560   Phosphoserine  phosphatase  

COG0591   Na+/proline  symporter  

COG1113   L-­‐asparagine  transporter  and  related  permeases  

COG1114   Branched-­‐chain  amino  acid  permeases  

COG1115   Na+/alanine  symporter  

COG1280   Threonine/homoserine/homoserine  lactone  efflux  protein  

COG5006   Threonine/homoserine  efflux  transporter  RhtA  

W.glossinidia   32/7  

COG2095   Small  neutral  amino  acid  transporter  SnatA,  MarC  family  [2]  

COG0174   Glutamine  synthetase  

COG0339   Zn-­‐dependent  oligopeptidase  

COG0345   Pyrroline-­‐5-­‐carboxylate  reductase  

COG0367   Asparagine  synthetase  B  (glutamine-­‐hydrolyzing)  

10

COG1509   L-­‐lysine  2,3-­‐aminomutase  (EF-­‐P  beta-­‐lysylation  pathway)  

Nucleotide  transport  and  metabolism  

A.melophagi   31/2  

COG0299   Folate-­‐dependent  phosphoribosylglycinamide  formyltransferase  PurN  

COG0528   Uridylate  kinase  

W.glossinidia   34/5  

COG0027   Formate-­‐dependent  phosphoribosylglycinamide  formyltransferase  (GAR  transformylase)  

COG0127   Inosine/xanthosine  triphosphate  pyrophosphatase,  all-­‐alpha  NTP-­‐PPase  family  

COG0788   Formyltetrahydrofolate  hydrolase  

COG1780   Protein  involved  in  ribonucleotide  reduction  

COG1781   Aspartate  carbamoyltransferase,  regulatory  subunit  

Carbohydrate  transport  and  metabolism  

A.melophagi   20/4  

COG1080   Phosphoenolpyruvate-­‐protein  kinase  (PTS  system  EI  component  in  bacteria)  

COG3444  Phosphotransferase  system,  mannose/fructose/N-­‐acetylgalactosamine-­‐specific  component  IIB  

COG3715   Phosphotransferase  system,  mannose/fructose/N-­‐acetylgalactosamine-­‐specific  component  IIC  

COG3716   Phosphotransferase  system,  mannose/fructose/N-­‐acetylgalactosamine-­‐specific  component  IID  

W.glossinidia   19/4  

COG2814   Predicted  arabinose  efflux  permease,  MFS  family  [2]  

COG0176   Transaldolase  

COG0579   L-­‐2-­‐hydroxyglutarate  oxidase  LhgO  

Coenzyme  transport  and  metabolism  

A.melophagi   56/8  

11

COG0212   5-­‐formyltetrahydrofolate  cyclo-­‐ligase  

COG0635   Coproporphyrinogen  III  oxidase  or  related  Fe-­‐S  oxidoreductase  

COG1477   Thiamine  biosynthesis  lipoprotein  ApbE  

COG1488   Nicotinic  acid  phosphoribosyltransferase  

COG3165   Ubiquinone  biosynthesis  protein  UbiJ,  contains  SCP2  domain  

COG3840   ABC-­‐type  thiamine  transport  system,  ATPase  component  

COG4143   ABC-­‐type  thiamine  transport  system,  periplasmic  component  

COG4145   Na+/panthothenate  symporter  

W.glossinidia   61/13  

COG0157   Nicotinate-­‐nucleotide  pyrophosphorylase  

COG0351   Hydroxymethylpyrimidine/phosphomethylpyrimidine  kinase  

COG0352   Thiamine  monophosphate  synthase  

COG0379   Quinolinate  synthase  

COG0408   Coproporphyrinogen  III  oxidase  

COG0413   Ketopantoate  hydroxymethyltransferase  

COG0414   Panthothenate  synthetase  

COG0422   Thiamine  biosynthesis  protein  ThiC  

COG1011   FMN  phosphatase  YigB,  HAD  superfamily  

COG1060   2-­‐iminoacetate  synthase  ThiH  (tyrosine  cleavage  enzyme,  thamine  biosynthesis)  

COG1893   Ketopantoate  reductase  

COG2022   Thiamin  biosynthesis  thiazole  synthase  ThiGH,  ThiG  subunit  

COG2104   Sulfur  carrier  protein  ThiS  (thiamine  biosynthesis)  

Lipid  transport  and  metabolism  

A.melophagi   27/6  

COG1560   Lauroyl/myristoyl  acyltransferase  [2]  

COG0332   3-­‐oxoacyl-­‐[acyl-­‐carrier-­‐protein]  synthase  III  

12

COG0344   Phospholipid  biosynthesis  protein  PlsY,  probable  glycerol-­‐3-­‐phosphate  acyltransferase  

COG0416   Fatty  acid/phospholipid  biosynthesis  enzyme  

COG0575   CDP-­‐diglyceride  synthetase  

W.glossinidia   21/1  

COG2937   Glycerol-­‐3-­‐phosphate  O-­‐acyltransferase  

Translation,  ribosomal  structure  and  biogenesis  

A.melophagi   129/10  

COG0042   tRNA-­‐dihydrouridine  synthase  

COG0144   16S  rRNA  C967  or  C1407  C5-­‐methylase,  RsmB/RsmF  family  

COG0184   Ribosomal  protein  S15P/S13E  

COG0621   tRNA  A37  methylthiotransferase  MiaB  

COG0689   Ribonuclease  PH  

COG0799   Ribosomal  silencing  factor  RsfS,  regulates  association  of  30S  and  50S  subunits  

COG0802   tRNA  A37  threonylcarbamoyladenosine  biosynthesis  protein  TsaE  

COG1159   GTPase  Era,  involved  in  16S  rRNA  processing  

COG1187  16S  rRNA  U516  pseudouridylate  synthase  RsuA  and  related  23S  rRNA  U2605,  pseudouridylate  synthases  

COG1734  

W.glossinidia  

COG0290  

COG0313  

COG0442  

COG0445  

RNA  polymerase0 binding  transcription  factor  DksA  

125/5

Translation  initiation  factor  IF-­‐3  

16S  rRNA  C1402  (ribose-­‐2'-­‐O)  methylase  RsmI  

Prolyl-­‐tRNA  synthetase  

tRNA  U34  5-­‐carboxymethylaminomethyl  modifying  enzyme  MnmG/GidA  

COG2867   Ribosome  association  toxin  PasT  (RatA)  of  the  RatAB  toxin-­‐antitoxin  module  

Transcription  

13

A.melophagi   17/5  

COG0583   DNA-­‐binding  transcriptional  regulator,  LysR  family  

COG0781   Transcription  termination  factor  NusB  

COG0816   RNase  H-­‐fold  protein,  predicted  Holliday  junction  resolvase  in  Firmicutes  and  mycoplasms,  involved  in  anti-­‐termination  at  Rho-­‐dependent  terminators  

COG1595  

COG1678  

W.glossinidia  

COG1846  

COG1191  

COG3710  

DNA-­‐directed  RNA  polymerase  specialized  sigma  subunit,  sigma24  family  

Putative  transcriptional  regulator,  AlgH/UPF0301  family  

16/4

DNA-­‐binding  transcriptional  regulator,  MarR  family  [2]  

DNA-­‐directed  RNA  polymerase  specialized  sigma  subunit  

DNA-­‐binding  winged  helix-­‐turn-­‐helix  (wHTH)  domain  

Replication,  recombination  and  repair  

A.melophagi   46/23  

COG0178   Excinuclease  UvrABC  ATPase  subunit  

COG0210   Superfamily  I  DNA  or  RNA  helicase  

COG0322   Excinuclease  UvrABC,  nuclease  subunit  

COG0353   Recombinational  DNA  repair  protein  RecR  

COG0507   ATP-­‐dependent  exoDNAse  (exonuclease  V),  alpha  subunit,  helicase  superfamily  I  

COG0550   DNA  topoisomerase  IA  

COG0556   Excinuclease  UvrABC  helicase  subunit  UvrB  

COG0593   Chromosomal  replication  initiation  ATPase  DnaA  

COG0608  Single-­‐stranded  DNA-­‐specific  exonuclease,  DHH  superfamily,  may  be  involved  in  archaeal  DNA  replication  intiation  

COG0632   Holliday  junction  resolvasome  RuvABC  DNA-­‐binding  subunit  

COG0692   Uracil  DNA  glycosylase  

COG0749   DNA  polymerase  I  -­‐  3'-­‐5'  exonuclease  and  polymerase  domains  

14

COG1195   Recombinational  DNA  repair  ATPase  RecF  

COG1198   Primosomal  protein  N'  (replication  factor  Y)  -­‐  superfamily  II  helicase  

COG1200   RecG-­‐like  helicase  

COG1322   DNA  anti-­‐recombination  protein  (rearrangement  mutator)  RmuC  

COG1381   Recombinational  DNA  repair  protein  (RecF  pathway)  

COG2255   Holliday  junction  resolvasome  RuvABC,  ATP-­‐dependent  DNA  helicase  subunit  

COG2812   DNA  polymerase  III,  gamma/tau  subunits  

COG2927   DNA  polymerase  III,  chi  subunit  

COG2965   Primosomal  replication  protein  N  

COG3024   Endogenous  inhibitor  of  DNA  gyrase,  YacG/DUF329  family  

COG3050   DNA  polymerase  III,  psi  subunit  

W.glossinidia   24/3  

COG0258   5'-­‐3'  exonuclease  

COG0415   Deoxyribodipyrimidine  photolyase  

COG0496   Broad  specificity  polyphosphatase  and  5'/3'-­‐nucleotidase  SurE  

Cell  wall/membrane/envelope  biogenesis  

A.melophagi   56/15  

COG0739   Murein  DD-­‐endopeptidase  MepM  and  murein  hydrolase  activator  NlpD,  contain  LysM  domain  [2]  

COG0668   Small-­‐conductance  mechanosensitive  channel  

COG0759   Membrane-­‐anchored  protein  YidD,  putatitve  component  of  membrane  protein  insertase  Oxa1/YidC/SpoIIIJ  

COG0860   N-­‐acetylmuramoyl-­‐L-­‐alanine  amidase  

COG1137   ABC-­‐type  lipopolysaccharide  export  system,  ATPase  component  

COG1520   Outer  membrane  protein  assembly  factor  BamB,  contains  PQQ-­‐like  beta-­‐propeller  repeat  

COG1663   Tetraacyldisaccharide-­‐1-­‐P  4'-­‐kinase  

15

COG2885   Outer  membrane  protein  OmpA  and  related  peptidoglycan-­‐associated  (lipo)proteins  

COG2913  Outer  membrane  protein  assembly  factor  BamE,  lipoprotein  component  of  the  BamABCDE  complex  

COG2956   Lipopolysaccharide  biosynthesis  regulator  YciM,  contains  six  TPR  domains  and  a  predicted  metal-­‐binding  C-­‐terminal  domain  

COG2980   Outer  membrane  lipoprotein  LptE/RlpB  (LPS  assembly)  

COG3017   Outer  membrane  lipoprotein  LolB,  involved  in  outer  membrane  biogenesis  

COG3023   N-­‐acetyl-­‐anhydromuramyl-­‐L-­‐alanine  amidase  AmpD  

COG3117   Lipopolysaccharide  export  system  protein  LptC  

COG3203   Outer  membrane  protein  (porin)  

COG3417   Outer  membrane  lipoprotein  LpoB,  binds  and  activates  PBP1b  

W.glossinidia   45/6  

COG0729   Outer  membrane  translocation  and  assembly  module  TamA  

COG0796   Glutamate  racemase  

COG0812   UDP-­‐N-­‐acetylenolpyruvoylglucosamine  reductase  

COG1376   Lipoprotein-­‐anchoring  transpeptidase  ErfK/SrfK  

COG1686   D-­‐alanyl-­‐D-­‐alanine  carboxypeptidase  

COG4238   Outer  membrane  murein-­‐binding  lipoprotein  Lpp  

N   Cell  motility  

A.melophagi   1/0  

W.glossinidia   24/23  

COG1256   Flagellar  hook-­‐associated  protein  FlgK  

COG1261   Flagella  basal  body  P-­‐ring  formation  protein  FlgA  

COG1291   Flagellar  motor  component  MotA  

COG1298   Flagellar  biosynthesis  pathway,  component  FlhA  

COG1338   Flagellar  biosynthetic  protein  FliP  

COG1344   Flagellin  and  related  hook-­‐associated  protein  FlgL  

16

COG1345   Flagellar  capping  protein  FliD  

COG1360   Flagellar  motor  protein  MotB  

COG1377   Flagellar  biosynthesis  protein  FlhB  

COG1536   Flagellar  motor  switch  protein  FliG  

COG1558   Flagellar  basal  body  rod  protein  FlgC  

COG1580   Flagellar  basal  body-­‐associated  protein  FliL  

COG1677   Flagellar  hook-­‐basal  body  complex  protein  FliE  

COG1684   Flagellar  biosynthesis  protein  FliR  

COG1706   Flagellar  basal  body  P-­‐ring  protein  FlgI  

COG1749   Flagellar  hook  protein  FlgE  

COG1815   Flagellar  basal  body  rod  protein  FlgB  

COG1843   Flagellar  hook  assembly  protein  FlgD  

COG1868   Flagellar  motor  switch  protein  FliM  

COG1987   Flagellar  biosynthesis  protein  FliQ  

COG2063   Flagellar  basal  body  L-­‐ring  protein  FlgH  

COG4786   Flagellar  basal  body  rod  protein  FlgG  

COG4787   Flagellar  basal  body  rod  protein  FlgF  

Posttranslational  modification,  protein  turnover,  chaperones  

A.melophagi   41/12  

COG0760   Parvulin-­‐like  peptidyl-­‐prolyl  isomerase  [2]  

COG0425   TusA-­‐related  sulfurtransferase  

COG0542   ATP-­‐dependent  Clp  protease  ATP-­‐binding  subunit  ClpA  

COG0576   Molecular  chaperone  GrpE  (heat  shock  protein)  

COG0625   Glutathione  S-­‐transferase  

COG0826   Collagenase-­‐like  protease,  PrtC  family  

COG1076   DnaJ-­‐domain-­‐containing  proteins  1  

COG1225   Peroxiredoxin  

COG1495   Disulfide  bond  formation  protein  DsbB  

17

COG1585  

COG2168  

W.glossinidia  

COG0544  

COG0695  

COG3785  

Membrane  protein  implicated  in  regulation  of  membrane  protease  activity  

Sulfur  transfer  complex  TusBCD  TusB  component,  DsrH  family  

31/3

FKBP-­‐type  peptidyl-­‐prolyl  cis-­‐trans  isomerase  (trigger  factor)  

Glutaredoxin  

Heat  shock  protein  HspQ  

Inorganic  ion  transport  and  metabolism  

A.melophagi   21/12  

COG0025   NhaP-­‐type  Na+/H+  or  K+/H+  antiporter  

COG0370   Fe2+  transport  system  protein  B  

COG0735   Fe2+  or  Zn2+  uptake  regulation  protein  

COG0855   Polyphosphate  kinase  

COG1178   ABC-­‐type  Fe3+  transport  system,  permease  component  

COG1553   Sulfur  relay  (sulfurtransferase)  complex  TusBCD  TusD  component,  DsrE  family  

COG1918   Fe2+  transport  system  protein  FeoA  

COG2920   Sulfur  relay  (sulfurtransferase)  protein,  DsrC/TusE  family  

COG2923   Sulfur  relay  (sulfurtransferase)  complex  TusC  component,  DsrF/TusC  family  

COG2967   Uncharacterized  protein  affecting  Mg2+/Co2+  transport  

COG4535   Mg2+  and  Co2+  transporter  CorC,  contains  CBS  pair  and  CorC-­‐HlyC  domains  

COG4536   Mg2+  and  Co2+  transporter  CorB,  contains  DUF21,  CBS  pair,  and  CorC-­‐HlyC  domains  

W.glossinidia  

COG1324  

COG1528  

COG1914  

COG3158  

13/4

Uncharacterized  protein  involved  in  tolerance  to  divalent  cations  

Ferritin  

Mn2+  and  Fe2+  transporters  of  the  NRAMP  family  

K+  transporter  

18

General  function  prediction  only  

A.melophagi   10/4  

COG0312   Predicted  Zn-­‐dependent  protease  or  its  inactivated  homolog  [2]  

COG0388   Predicted  amidohydrolase  

COG1160   Predicted  GTPases  

W.glossinidia   11/5  

COG1054   Predicted  sulfurtransferase  

COG1729   Periplasmic  TolA-­‐binding  protein  (function  unknown)  

COG1988   Membrane-­‐bound  metal-­‐dependent  hydrolase  YbcI,  DUF457  family  

Function  unknown  

A.melophagi   16/10  

COG1649   Uncharacterized  lipoprotein  YddW,  UPF0748  family  

COG2431   Uncharacterized  membrane  protein  YbjE,  DUF340  family  

COG2707   Uncharacterized  membrane  protein,  DUF441  family  

COG2959   Uncharacterized  conserved  protein  HemX  (no  evidence  of  involvement  in  heme  biosynthesis)  

COG2960   Uncharacterized  conserved  protein  YqiC,  BMFP  domain  

COG2991   Uncharacterized  protein  

COG3771   Uncharacterized  membrane  protein  YciS,  DUF1049  family  

COG3788   Uncharacterized  membrane  protein  YecN,  MAPEG  domain  

COG3924   Uncharacterized  membrane  protein  YhdT  

COG4701   Uncharacterized  protein  

W.glossinidia   6/1  

COG3105   Uncharacterized  membrane-­‐anchored  protein  YhcB,  DUF1043  family  

Signal  transduction  mechanisms  

A.melophagi   13/9  

COG0589   Nucleotide-­‐binding  universal  stress  protein,    UspA  family  

19

COG0639   Diadenosine  tetraphosphatase  ApaH/serine/threonine  protein  phosphatase,  PP2A  family  

COG0664   cAMP-­‐binding  domain  of  CRP  or  a  regulatory  subunit  of  cAMP-­‐dependent  protein  kinases  

COG1217   Predicted  membrane  GTPase  involved  in  stress  response  

COG1551   sRNA-­‐binding  carbon  storage  regulator  CsrA  

COG1660   RNase  adaptor  protein  for  sRNA  GlmZ  degradation,  contains  a  P-­‐loop  ATPase  domain  

COG1854   S-­‐ribosylhomocysteine  lyase  LuxS,  autoinducer  biosynthesis  

COG2912   Regulator  of  sirC  expression,  contains  transglutaminase-­‐like  and  TPR  domains  

COG3086   Positive  regulator  of  sigma  E  activity  

W.glossinidia   5/1  

COG0642   Signal  transduction  histidine  kinase  

Intracellular  trafficking,  secretion,  and  vesicular  transport  

A.melophagi   10/3  

COG0341   Preprotein  translocase  subunit  SecF  

COG0342   Preprotein  translocase  subunit  SecD  

COG1952   Preprotein  translocase  subunit  SecB  

W.glossinidia  

COG0811  

COG0823  

COG0848  

10/3

Biopolymer  transport  protein  ExbB/TolQ  

Periplasmic  component  of  the  Tol  biopolymer  transport  system  

Biopolymer  transport  protein  ExbD  

Defense  mechanisms  

A.melophagi   11/6  

COG0494   8-­‐oxo-­‐dGTP  pyrophosphatase  MutT  and  related  house-­‐cleaning  NTP  pyrophosphohydrolases,  NUDIX  family  

20

COG2914  Putative  antitoxin  component  PasI  (RatB)  of  the  RatAB  toxin-­‐antitoxin  module,  ubiquitin-­‐RnfH  superfamily  

COG4167   ABC-­‐type  antimicrobial  peptide  transport  system,  ATPase  component  

COG4168   ABC-­‐type  antimicrobial  peptide  transport  system,  permease  component  

COG4170   ABC-­‐type  antimicrobial  peptide  transport  system,  ATPase  component  

COG4171   ABC-­‐type  antimicrobial  peptide  transport  system,  permease  component  

W.glossinidia   6/1  

COG2076   Multidrug  transporter  EmrE  and  related  cation  transporters  

Supplementary Table S4. Metabolic pathways with numbers of unique genes in comparison between A. melophagi and W. glossinidia.

A.melophagi   W.glossinidia  

ko03440  Homologous  recombination  (13)   ko02040  Flagellar  assembly  (22)  

ko02010  ABC  transporters  (10)   ko01110  Biosynthesis  of  secondary  metabolites  (11)  

ko01110  Biosynthesis  of  secondary  metabolites  (8)   ko00730  Thiamine  metabolism  (5)  

ko03420  Nucleotide  excision  repair  (5)   ko02020  Two-­‐component  system  (5)  

ko04122  Sulfur  relay  system  (5)   ko01120  Microbial  metabolism  in  diverse  environments  (4)  

ko00230  Purine  metabolism  (5)   ko01130  Biosynthesis  of  antibiotics  (4)  

ko01130  Biosynthesis  of  antibiotics  (4)   ko00230  Purine  metabolism  (4)  

ko02060  Phosphotransferase  system  (PTS)  (4)   ko02030  Bacterial  chemotaxis  (4)  

ko02020  Two-­‐component  system  (4)   ko00770  Pantothenate  and  CoA  biosynthesis  (3)  

ko00240  Pyrimidine  metabolism  (4)   ko01230  Biosynthesis  of  amino  acids  (3)  

ko03430  Mismatch  repair  (4)   ko00240  Pyrimidine  metabolism  (3)  

ko03070  Bacterial  secretion  system  (3)   ko00250  Alanine,  aspartate  and  glutamate  metabolism  (3)  

ko00051  Fructose  and  mannose  metabolism  (3)   ko00760  Nicotinate  and  nicotinamide  metabolism  (3)  

21

ko03030  DNA  replication  (3)   ko00550  Peptidoglycan  biosynthesis  (2)  

ko03060  Protein  export  (3)   ko01200  Carbon  metabolism  (2)  

ko00540  Lipopolysaccharide  biosynthesis  (3)   ko00330  Arginine  and  proline  metabolism  (2)  

ko01200  Carbon  metabolism  (3)   ko00630  Glyoxylate  and  dicarboxylate  metabolism  (2)  

ko03410  Base  excision  repair  (3)   ko00670  One  carbon  pool  by  folate  (2)  

ko00520  Amino  sugar  and  nucleotide  sugar  metabolism  (3)   ko00520  Amino  sugar  and  nucleotide  sugar  metabolism  (1)  

ko01230  Biosynthesis  of  amino  acids  (3)   ko00020  Citrate  cycle  (TCA  cycle)  (1)  

ko00564  Glycerophospholipid  metabolism  (3)   ko00620  Pyruvate  metabolism  (1)  

ko01120  Microbial  metabolism  in  diverse  environments  (3)   ko00860  Porphyrin  and  chlorophyll  metabolism  (1)  

ko00860  Porphyrin  and  chlorophyll  metabolism  (2)   ko00030  Pentose  phosphate  pathway  (1)  

ko00670  One  carbon  pool  by  folate  (2)   ko00561  Glycerolipid  metabolism  (1)  

ko00710  Carbon  fixation  in  photosynthetic  organisms  (2)   ko00564  Glycerophospholipid  metabolism  (1)  

ko00760  Nicotinate  and  nicotinamide  metabolism  (2)   ko00471  D-­‐Glutamine  and  D-­‐glutamate  metabolism  (1)  

ko03018  RNA  degradation  (2)   ko00970  Aminoacyl-­‐tRNA  biosynthesis  (1)  

ko00620  Pyruvate  metabolism  (2)   ko00910  Nitrogen  metabolism  (1)  

ko00561  Glycerolipid  metabolism  (2)   ko04724  Glutamatergic  synapse  (1)  

ko00680  Methane  metabolism  (2)   ko04727  GABAergic  synapse  (1)  

ko05111  Vibrio  cholerae  pathogenic  cycle  (2)   ko00410  beta-­‐Alanine  metabolism  (1)  

ko00270  Cysteine  and  methionine  metabolism  (2)   ko03030  DNA  replication  (1)  

ko00190  Oxidative  phosphorylation  (1)   ko03410  Base  excision  repair  (1)  

ko00260  Glycine,  serine  and  threonine  metabolism  (1)   ko03420  Nucleotide  excision  repair  (1)  

ko04112  Cell  cycle  -­‐  Caulobacter  (1)   ko03440  Homologous  recombination  (1)  

ko00720  Carbon  fixation  pathways  in  prokaryotes  (1)   ko05111  Vibrio  cholerae  pathogenic  cycle  (1)  

ko05340  Primary  immunodeficiency  (1)   ko04626  Plant-­‐pathogen  interaction  (1)  

ko05120  Epithelial  cell  signaling  in  Helicobacter  pylori  infection  (1)   ko05132  Salmonella  infection  (1)  

ko00630  Glyoxylate  and  dicarboxylate  metabolism  (1)   ko05134  Legionellosis  (1)  

ko00401  Novobiocin  biosynthesis  (1)   ko04122  Sulfur  relay  system  (1)  

ko00020  Citrate  cycle  (TCA  cycle)  (1)   ko01503  Cationic  antimicrobial  peptide  (CAMP)  resistance  (1)  

22

ko00480  Glutathione  metabolism  (1)  

ko01212  Fatty  acid  metabolism  (1)  

ko00061  Fatty  acid  biosynthesis  (1)  

ko04070  Phosphatidylinositol  signaling  system  (1)  

ko01503  Cationic  antimicrobial  peptide  (CAMP)  resistance  (1)  

ko01501  beta-­‐Lactam  resistance  (1)  

ko03010  Ribosome  (1)  

ko00400  Phenylalanine,  tyrosine  and  tryptophan  biosynthesis  (1)  

23

Supplementary Table S5. Primers used for diagnostic PCR

Primer  designation  

Targeted  bacteria/gene   Primer  sequence  5'-­‐3'   Amplicon  length  

Reference  

ssaVF   Sodalis  melophagi/ssaV   AGATAGCGTGCTTCCTGCAC   585bp   this  study  ssaVR   GCGGTGATCCTAGTGCTGTT  

BhCS.781p   Bartonella  melophagi/gltA   GGGGACCAGCTCATGGTGG   379bp   (1)  BhCS.1137   AATGCAAAAAGAACAGTAAACA  

16Swolb99F   Wolbachia  sp./16S  rDNA   TTGTAGCCTGCTATGGTATAACT   895bp   (2)  16Swolb994R   GAATAGGTATGATTTTCATGT    

24

References

1. Oneill SL, Giordano R, Colbert AME, Karr TL, Robertson HM. 1992. 16S rRNA phylogenetic analysis of the bacterial endosymbiontsassociated with cytoplasmic incompatibility in insects. Proc Natl Acad Sci USA 89:2699-2702.2. Norman AF, Regnery R, Jameson P, Greene C, Krause DC. 1995. Differentiation of Bartonella-like isolates at the species level byPCR-restriction fragment length polymorphism in the citrate synthase gene. J Clin Microbiol 33:1797-1803.