Lait 84 (2004) 33-37
DOI: 10.1051/lait:2003047

Gene-cassette for adaptation of Lactococcus lactis to a plant environment

Monika Doman-Pytka^a, Pierre Renault^b and Jacek Bardowski<sup>a

a</sup>  Department of Microbial Biochemistry, Institute of Biochemistry and Biophysics of Polish Academy of Sciences, Pawinskiego 5a, 02-106 Warsaw, Poland
^b  Laboratoire de Génétique Microbienne, INRA, Domaine de Vilvert, 78352 Jouy-en-Josas Cedex, France

Abstract
The generally accepted opinion is that the natural niche for lactococci are plants. Several genes reminiscent of the environmental adaptation of these bacteria to the plant habitat were found as a result of our work on the pullulanase coding region in the Lactococcus lactis IBB500 strain. All genes were located within an 11-kb DNA fragment of a 35-kb plasmid. Analysis of the nucleotide sequence of the 11-kb DNA fragment showed three regions: (i) a middle region - encoding the potential pullulanase operon (ii); a pullulanase upstream region - encoding two cold shock proteins; and (iii) a pullulanase downstream region - encoding two cadmium resistance proteins. Analysis of the phylogenetic relationships of these regions through inspection of their G+C content and codon preference, as well as homology of their protein products and constructions of phylogenetic trees strongly supported the hypothesis of their acquisition through a horizontal gene transfer. Focusing further research on the middle region we have found that the pullulanase gene, belonging to the putative pul operon, was preceded by a long, non-translated region in which five putative promoter sequences were identified. Moreover, a DNA sequence similar to the highly conserved cre box involved in glucose repression was found in front of one of them. The hypothesis of glucose repression was further tested using transcriptional fusion between the pul and luxAB-reporter genes, located on the parental plasmid in the L. lactis IBB500 strain.

Résumé
Une cassette de gènes pour l'adaptation de Lactococcus lactis à l'environnement végétal. Une opinion largement acceptée est que les plantes constituent une niche naturelle pour les lactocoques. Nos recherches ont montré que plusieurs gènes impliqués dans une possible adaptation environnementale de ces bactéries aux plantes sont localisés dans la région codant une pullulanase chez la souche Lactococcus lactis IBB500. Tous ces gènes se trouvent sur un fragment d'ADN d'une taille de 11 kb, situé sur un plasmide de 35 kb. L'analyse de la séquence nucléotidique de ce fragment de 11 kb a révélé 3 régions : (i) une région centrale - avec la présence d'un opéron potentiel de pullulanase, (ii) une région en amont - codant 2 protéines du choc au froid et (iii) une région en aval - codant 2 protéines de la résistance au cadmium. L'analyse phylogénique de ces régions suggère que ces gènes ont été acquis par un mécanisme de transfert horizontal. L'étude de la région centrale a montré que le gène de la pullulanase est précédé par une longue région non codante, dans laquelle nous avons identifié 5 promoteurs potentiels. De plus, une séquence nucléotidique similaire à la boîte cre, très conservée et impliquée dans la répression par le glucose, a été trouvée en amont d'un de ces promoteurs. Nous avons testé cette hypothèse de répression par le glucose en utilisant la fusion transcriptionnelle entre le gène pul et les gènes rapporteurs luxAB, placée sur le plasmide parental chez la souche L. lactis IBB500.

Key words: Lactococcus lactis / adaptation / gene-cassette / horizontal gene transfer / pullulanase

Mots clés : Lactococcus lactis / adaptation / cassette / transfert horizontal de gènes / pullulanase

Correspondence and reprints: Jacek Bardowski jacek@ibb.waw.pl

© INRA, EDP Sciences 2004