Lait 76 (1996) 41-49
DOI: 10.1051/lait:19961-25

Caractérisation d'un élément conjugatif original: le facteur sexuel de Lactococcus lactis 712

JJ Godon^a, C.J. Pillidge^b, K. Jury^c and M.J. Gasson<sup>c

a</sup>  Laboratoire des biotechnologies de l'environnement, Inra, avenue des Étangs, 11100 Narbonne, France
^b  New Zealand Dairy Research Institute, Private Bag 11029, Palmerston North, Nouvelle Zélande
^c  Institute of Food Research, BBSRC, Colney lane, NR4 7UA Norwich, Royaume Uni

Abstract - Characterization of an original conjugative element: the sex factor of Lactococcus lactis 712
The sex factor of Lactococcus lactis 712 is a 50 kb cryptic genetic element capable of existing either as a free plasmid or integrated on the chromosome and allowing a cell-cell exchange of genetic information. The sex factor was cloned from the L lactis 712 plasmid-free derivative MG1363 and almost completely sequenced. Most (over 80%) of the open reading frames gave predicted amino acid sequences that showed no significant homology to current database sequences. The remaining 20% showed the following homologies: i) a sex factor aggregation protein showing high homology to its counterpart on an Enterococcus faecalis conjugative plasmid; ii) an unknown sex factor protein showing high homology to the DNA transport proteins TraD from F in Escherichia coli and VirD4 from Ti in Agrobacterium tumefaciens, iii) three very similar proteins encoded by a three sex factor genes arranged in tandem showing high homology to the tellurium resistance proteins encoded by a two-copy gene on an Alcaligenes sp plasmid. Sex factor integration / excision events were characterized using cloned DNA fragments derived from both circular and integrated forms of the sex factor. An identical 24bp sequence was present on the circular sex factor form (attP) and at the chromosomal attachment site (attB). This sequence was duplicated following sex factor integration. Twelve bp of this sequence were also involved in the inversion of two DNA elements (flip 1 and flip 2) within the sex factor. The sex factor was marked with a tetracycline resistance gene to allow determination of its stability, transfer frequency and host range. The sex factor was highly stable in MG1363. It transferred itself at high frequency, but only within the L lactis species. There was no detectable transfer outside of this group, which included to the closely related L garviae and L raffinolactis. Using a serie of L lactis strains containing erythromycin markers inserted at known map locations on the chromosome, it was shown that the sex factor promoted chromosomal transfer in MG 1363 and in the unrelated strain L lactis subsp lactis IL 1403 in a unidirectional, polarized manner.

Résumé - Le facteur sexuel de Lactococcus lactis 712 est un élément génétique cryptique qui permet l'échange d'information génétique entre cellules. Il est aussi capable de mobilité intra-cellulaire avec une forme libre circulaire et des formes intégrées sur le plasmide lactose ou sur le chromosome. Cet élément d'environ 50 kb a été clone et presque entièrement séquence. Plus de 80 % des phases ouvertes de lecture ne présentent pas d'homologie significative avec des séquences déjà connues. Les homologies les plus fortes révèlent : (i) une protéine d'agrégation homologue à celles présentes sur les plasmides conjugatifs d'Enterococcus faecalis, (ii) une protéine homologue à TraD du facteur sexuel F d'Escherichia coli et VirD4 du plasmide Ti d'Agrobacterium tumefaciens, deux protéines impliquées dans le transport de l'ADN, (iii) une protéine tripliquée homologue à la protéine dupliquée associée à la résistance au tellurium chez Alcaligenes sp. L'analyse de fragments clonés à partir des différentes formes intracellulaires du facteur sexuel (circulaire libre ou linéaire intégré) nous a permis de caractériser les événements d'intégration / excision sur le chromosome. Une séquence de 24 pb, identique sur le site chromosomique d'intégration (attB) et sur la forme circulaire du facteur sexuel (attP) est dupliquée aux bornes de celui-ci lors de son intégration. Une partie de cette séquence (12 pb) est aussi impliquée dans l'inversion de deux fragments d'ADN du facteur sexuel (flip 1 et 2). Le facteur sexuel a été marqué par l'insertion d'un gène de résistance à la tétracycline pour suivre sa fréquence de transfert, sa stabilité et son spectre d'hôte. Sa fréquence de transfert est élevée au sein de l'espèce L lactis mais indécelable vers d'autres espèces même proches comme L garviae and L raffinolactis. La fréquence de transfert du chromosome par mobilisation et l'orientation unidirectionnelle de ce transfert ont été déterminées.

Key words: conjugation / aggregation / integration / L lactis

Mots clés : conjugaison / agrégation / intégration / L lactis