DOI: 10.1051/lait:2001102

Lait 81 (2001) 57-64

Characterization and chimeric structure of a family of integrative and potentially conjugative elements from Streptococcus thermophilus

Vincent Burrus, Guillaume Pavlovic, Bernard Decaris and Gérard Guédon

Laboratoire de Génétique et Microbiologie UA INRA 952, Université Henri Poincaré Nancy 1, 1 boulevard des Aiguillettes, BP 239, 54506 Vandoeuvre-lès-Nancy, France

Abstract
A 34.7-kb element, ICESt1, is integrated in the 3' end of fda locus from Streptococcus thermophilus CNRZ368. ICESt1 excises by a site-specific recombination between two 27-pb identical sequences flanking the element. It encodes an integrase required for excision. Furthermore, eleven putative proteins encoded by ICESt1 are related to proteins encoded by various conjugative elements from low G + C Gram positive bacteria. Therefore, ICESt1 could be a site-specific integrative conjugative element (ICE). Comparison of proteins encoded by ICESt1 and the sequenced genome of Bacillus subtilis 168 revealed a putative 20.5-kb ICE, ICEBs1. Sequence comparison of ICESt1, ICEBs1, Tn916 and Tn5252 revealed exchanges of modules between ICEs, conjugative transposons and prophages. Four types of elements related to ICESt1 (IEs) were found in seven other strains of S. thermophilus and are integrated in the same location as ICESt1. One of these elements, IE385, could be an ICE whereas the others do not seem to be integrative and conjugative. Comparison of the various elements and ICESt1 showed that all of them have a chimerical structure resulting from exchanges of regions from different origins. The left end of IE19258 is identical to an internal recombination site of ICESt1, attL', but shares only 57% identity with its left end, attL. The site-specific recombination between the cores of attL' and of the right end, att R, leads to the excision of a circular molecule corresponding to the region flanked by these sites. Therefore, this suggests that ICESt1 results from the integration of a 28.2-kb ICE, ICESt2, in the attR' site of an IE element and that ICESt2 have mobilized the IE.

Résumé
Caractérisation et structure chimérique d'une famille d'éléments intégratifs potentiellement conjugatifs chez Streptococcus thermophilus . Un élément de 34,7 kb, ICESt1, est intégré dans l'extrémité 3' du locus fda de Streptococcus thermophilus CNRZ368. ICESt1 s'excise par recombinaison site-spécifique entre des séquences identiques de 27 pb flanquant l'élément. ICESt1 code une intégrase nécessaire à cette excision. Onze des ORF d'ICESt1 codent des protéines apparentées à celles codées par divers éléments conjugatifs de bactéries Gram positives à bas G + C. ICESt1 serait donc un élément conjugatif à intégration site-spécifique (ICE). La comparaison des protéines codées par ICESt1 et le génome séquencé de Bacillus subtilis 168 a révélé un ICE de 20,5 kb, ICEBs1. L'analyse des séquences d'ICESt1, ICEBs1, Tn916 et Tn5252 révèle des échanges de modules entre éléments conjugatifs intégratifs, transposons conjugatifs et prophages. Par ailleurs, 4 types d'éléments apparentés à ICESt1 d'une taille de 12,8 à 26,1 kb (IE) sont intégrés exactement au même site qu'ICESt1 chez 7 autres souches de S. thermophilus. Seul, IE385 serait un ICE. Les autres éléments ne semblent ni conjugatifs ni intégratifs. Les hybridations entre éléments et le séquençage partiel montrent que chacun des éléments possède une structure chimérique complexe associant des régions d'origines différentes. L'extrémité gauche d'IE19258 est identique à un site de recombinaison interne d'ICESt1, attL', mais ne présente que 57 % d'identité avec son extrémité gauche. La recombinaison site spécifique entre attL' et l'extrémité droite attR d'ICESt1 conduit à l'excision d'une forme circulaire de la région comprise entre les 2 sites. Ceci indique qu'ICESt1 serait constitué de 2 éléments : un IE compris entre attL et attL' et un élément conjugatif intégratif de 28,2 kb compris entre attL' et attR, ICESt2, qui se serait intégré à la frontière de l'IE et l'aurait mobilisé.

Key words: site-specific recombination / conjugation / chimerical sequence / horizontal transfer / Streptococcus thermophilus

Mots clés : recombinaison spécifique de site / conjugaison / séquence chimérique / transfert horizontal / Streptococcus thermophilus

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