The abundant extrachromosomal DNA content of the Spiroplasma citri GII3-3X genome

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p><it>Spiroplama citri</it>, the causal agent of citrus stubborn disease, is a bacterium of the class <it>Mollicutes </it>and is transmitted by phloem-feeding leafhopper vectors. In order to characterize candidate genes potentially involved in spiroplasma transmission and pathogenicity, the genome of <it>S. citri </it>strain GII3-3X is currently being deciphered.</p> <p>Results</p> <p>Assembling 20,000 sequencing reads generated seven circular contigs, none of which fit the 1.8 Mb chromosome map or carried chromosomal markers. These contigs correspond to seven plasmids: pSci1 to pSci6, with sizes ranging from 12.9 to 35.3 kbp and pSciA of 7.8 kbp. Plasmids pSci were detected as multiple copies in strain GII3-3X. Plasmid copy numbers of pSci1-6, as deduced from sequencing coverage, were estimated at 10 to 14 copies per spiroplasma cell, representing 1.6 Mb of extrachromosomal DNA. Genes encoding proteins of the TrsE-TraE, Mob, TraD-TraG, and Soj-ParA protein families were predicted in most of the pSci sequences, in addition to members of 14 protein families of unknown function. Plasmid pSci6 encodes protein P32, a marker of insect transmissibility. Plasmids pSci1-5 code for eight different <it>S. citri </it>adhesion-related proteins (ScARPs) that are homologous to the previously described protein P89 and the <it>S. kunkelii </it>SkARP1. Conserved signal peptides and C-terminal transmembrane alpha helices were predicted in all ScARPs. The predicted surface-exposed N-terminal region possesses the following elements: (i) 6 to 8 repeats of 39 to 42 amino acids each (sarpin repeats), (ii) a central conserved region of 330 amino acids followed by (iii) a more variable domain of about 110 amino acids. The C-terminus, predicted to be cytoplasmic, consists of a 27 amino acid stretch enriched in arginine and lysine (KR) and an optional 23 amino acid stretch enriched in lysine, aspartate and glutamate (KDE). Plasmids pSci mainly present a linear increase of cumulative GC skew except in regions presenting conserved hairpin structures.</p> <p>Conclusion</p> <p>The genome of <it>S. citri </it>GII3-3X is characterized by abundant extrachromosomal elements. The pSci plasmids could not only be vertically inherited but also horizontally transmitted, as they encode proteins usually involved in DNA element partitioning and cell to cell DNA transfer. Because plasmids pSci1-5 encode surface proteins of the ScARP family and pSci6 was recently shown to confer insect transmissibility, diversity and abundance of <it>S. citri </it>plasmids may essentially aid the rapid adaptation of <it>S. citri </it>to more efficient transmission by different insect vectors and to various plant hosts.</p

Habilitation à Diriger des Recherches

Diplôme : HD

Inserimento del trasposone Tn4001 nel genoma di Spiroplasma citri : selezione di un mutante non trasmissibile da parte del Leafhopper Circulifer Haematoceps e di un mutante non fitopatogeno: - contributo allo studio della principale proteina Spiralina della membrana degli spiroplasmi del gruppo I

Hunderte von Pflanzenkrankheiten werden durch Mollicutes, fortgeschritten Bakterien ohne Zellwand verursacht, wie Phytoplasmen, die in der Kultur nicht verfügbar sind, oder Spiroplasma citri, S. kunkelii und S. phoeniceum, die kultiviert werden.Um die Mechanismen aufzuklären, die die Übertragung von S. citri durch Leafhopper und seine Pflanzenpathogenität steuern, werden eine Mutante von S. citri, die durch den Leafhopper-Vektor Circulifer haematoceps nicht übertragbar ist, und eine Mutante, die nicht in der Lage ist, Symptome in einer Indikatorpflanze zu induzieren, hergestellt und ausgewählt. Diese Mutanten werden durch zufällige Insertion des Transposons Tn4001 in das Genom des S. citri-Stamms GII3 erhalten. Sie werden durch einen Übertragungstest auf das Madagaskar-Immergrün Cathanranthus roseus von C. haematoceps ausgewählt, der durch intraabdominale Mikroinjektion infiziert ist. Die GMT470-Mutante vermehrt sich in C. haematoceps nicht und wird daher nicht auf die Pflanze übertragen. Die GMT553-Mutante vermehrt sich normalerweise im Vektorinsekt. Es wird auf das Immergrün C. roseus übertragen, wo es sich langsam vermehrt. Immergrün, die mit dieser Mutante infiziert sind, erreichen in letzter Zeit eine normale Infektionsrate, ohne die charakteristischen Symptome einer Infektion mit S. citri zu zeigen. Anschließend kehrt diese Mutante in der Pflanze zurück, wahrscheinlich durch präzise Entfernung des Transposons.Zusätzlich wird Spiralin, ein Hauptlipoprotein der S. citri-Membran, durch Acylierung eines internen Cysteins und Exzision eines Signalpeptids durch eine Typ-II-Signalpeptidase gereift, die gegenüber Globomycin, einem Inhibitor dieses bakteriellen Enzyms, empfindlich ist. Die elektrophoretische Migration von Spiralin unterscheidet sich je nach den Stämmen von S. citri. Dieser Polymorphismus kann weder durch den klassischen Reifungsmechanismus von bakteriellen Lipoproteinen erklärt werden, der unabhängig vom untersuchten Stamm identisch ist, noch durch die Molekulargewichte, die aus den Genen abgeleitet werden, die dieses Protein in acht S. citri-Stämmen codieren. Schließlich zeigt die Sequenz des äquivalenten Gens in S. kunkelii und S. melliferum, dass Spiralin eine wiederholte Sequenz aufweist, die für jede Spezies spezifisch ist, was auf eine Anpassung des Spiroplasmas an sein Vektorinsekt hinweist.Hundreds of plant diseases are caused by mollicutes, evolved bacteria without a cell-wall, such as phytoplasmas not available in culture, or Spiroplasma citri, S. kunkelii and S. phoeniceum, which are cultivated.In order to elucidate the mechanisms which govern the transmission by leafhopper of S. citri and its plant-pathogenicity, a mutant of S. citri not transmissible by the leafhopper vector Circulifer haematoceps and a mutant incapable of inducing symptoms in an indicator plant , are produced and selected. These mutants are obtained by random insertion of the transposon Tn4001 into the genome of S. citri strain GII3. They are selected by a transmission test to the Madagascar periwinkle Cathanranthus roseus, by C. haematoceps infected by intra-abdominal microinjection. The GMT470 mutant does not multiply in C. haematoceps and is therefore not transmitted to the plant. The GMT553 mutant normally multiplies in the vector insect. It is transmitted to the periwinkle C. roseus where it multiplies slowly. Periwinkles infected with this mutant lately reach a normal infection rate without showing the characteristic symptoms of infection with S. citri. Subsequently this mutant reverts in the plant, probably by precise excision of the transposon.In addition, Spiralin, a major lipoprotein of the S. citri membrane, is matured by acylation of an internal cysteine ​​and excision of a signal peptide by a type II signal peptidase, sensitive to globomycin, an inhibitor of this bacterial enzyme. The electrophoretic migration of Spiralin is different according to the strains of S. citri. This polymorphism can be explained neither by the classical maturation mechanism of bacterial lipoproteins, identical whatever the strain studied, nor by the molecular weights deduced from the genes which encode this protein in eight strains of S. citri. Finally, the sequence of the equivalent gene in S. kunkelii and S. melliferum shows that Spiralin has a repeated sequence specific to each species evocative of an adaptation of the spiroplasma to its vector insect.Des centaines de maladies de plantes sont causées par les mollicutes, bactéries évoluées dépourvues de paroi, comme les phytoplasmes non-disponibles en culture, ou Spiroplasma citri, S. kunkelii et S. phoeniceum, qui sont cultivés.Dans le but d'élucider les mécanismes qui gouvernent la transmission par cicadelle de S. citri et son pouvoir phytopathogène, un mutant de S. citri non transmissible par la cicadelle vecteur Circulifer haematoceps et un mutant incapable d'induire des symptômes dans une plante indicatrice, sont produits et sélectionnés. Ces mutants sont obtenus par insertion au hasard, du transposon Tn4001 dans le génome de S. citri souche GII3. Ils sont sélectionnés par un test de transmission à la pervenche de Madagascar Cathanranthus roseus, par C. haematoceps infecté par microinjection intra-abdominale. Le mutant GMT470 ne se multiplie pas dans C. haematoceps et n'est donc pas transmis à la plante.Le mutant GMT553 se multiplie normalement dans l'insecte vecteur. Il est transmis à la pervenche C. roseus où il se multiplie lentement. Les pervenches infectées par ce mutant atteignent avec retard un taux d'infection normal sans présenter pour autant les symptômes caractéristiques de l'infection par S. citri. Par la suite ce mutant réverte dans la plante, probablement par excision précise du transposon.Par ailleurs, la spiraline, lipoprotéine majeure de la membrane de S. citri, est maturée par acylation d'une cystéine interne et excision d'un peptide signal par une signal peptidase de type II, sensible à la globomycine, un inhibiteur de cette enzyme bactérienne. La migration électrophorétique de la spiraline est différente selon les souches de S. citri. Ce polymorphisme ne peut s'expliquer ni par le mécanisme de maturation classique des lipoprotéines bactériennes, identique quelle que soit la souche étudiée, ni par les masses moléculaires déduites des gènes qui codent cette protéine chez huit souches de S. citri. Enfin, la séquence du gène équivalent chez S. kunkelii et S. melliferum montre que la spiraline possède une séquence répétée propre à chaque espèce qui pourrait traduire une adaptation du spiroplasme à son insecte vecteur

Recent progress in phytoplasma research

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Analyse comparée de séquences génomiques partielles du phytoplasme du stolbur (PO) obtenus par hybridation soustractive suppressive (caracterisation des gènes ribF et stol1H10 codant la riboflavine kinase et une protéine hypothétique de surface absents du génome de "candidatus phytoplasma asteris" (OY-M))

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