Note publique d'information : Bacillus subtilis, une bactérie Gram-positive présente dans le sol, peut lorsque les
nutriments sont en concentrations limitantes, sporuler, former des biofilms ou devenir
compétente. La compétence est, chez B. subtilis, caractérisée par un arrêt de la division
cellulaire, une tolérance aux antibiotiques et l'expression de plus d'une centaine
de gènes. L'expression de la compétence, aussi désignée sous le nom de " K-state ",
est dépendante de la synthèse du facteur de transcription ComK et se fait de façon
stochastique résultant en la formation de deux sous-populations bactériennes, non-compétentes
et compétentes. L'émergence, à partir de cellules génétiquement identiques, de deux
sous-populations distinctes est une stratégie de survie très répandue chez les procaryotes,
connue sous le nom de " bet-hedging ". Bien que les mécanismes de régulation du développement
de la compétence ont, chez B. subtilis, largement été étudiés au cours des dernières
années, la raison pour laquelle les souches non-domestiques sont très peu transformables
(1-2% de la population) comparé aux souches domestiques (~15%) reste méconnue. Nous
démontrons ici que c'est essentiellement dû à une mutation de transition dans le promoteur
du gène degQ. Cette mutation diminue la synthèse de DegQ, protéine impliquée dans
la régulation de la formation de biofilms, de la synthèse d'exoprotéases et de la
transformation génétique. DegQ est une protéine impliquée dans le transfert d'un groupe
phosphoryl entre la kinase DegS et son substrat DegU. Une faible quantité de DegQ
diminue la concentration en DegU~P ce qui a pour conséquence la désinhibition de l'opéron
srfA entrainant une accumulation de ComK et l'expression de la compétence. C'est ainsi
que, dans les souches domestiques de B. subtilis, un plus grand nombre de bactéries
atteignent le niveau nécessaire en ComK pour activer une boucle d'auto-activation
transcriptionnelle de comK. Nous démontrons aussi que l'activation transcriptionnelle
de srfA est, dans les souches non-domestiques, transitoire alors que la population
bactérienne entre en phase stationnaire de croissance. Ces données indiquent que le
développement de la compétence est moins fréquent et plus transitoire dans les souches
non-domestiques de B. subtilis. De plus, cette limitation du K-state dans les souches
non-domestiques est plus importante que précédemment " pensé " probablement dû à la
domestication de B. subtilis au cours de ces 50 dernières années. Ce travail reflète
non seulement, l'importance de l'utilisation de souches non-domestiques dans la caractérisation
des voies de régulation de la compétence chez B. subtilis, mais aussi la portée du
choix de modèle biologique dans l'étude de phénomènes biologiques complexes.
Note publique d'information : Bacillus subtilis, a Gram-positive soil bacterium, can enter into several developmental
pathways such as sporulation, biofilm formation and competence development for DNA
transformation when it becomes limited for essential nutrients. During competence,
cells do not divide, are tolerant to antibiotics and competent cells express more
than a 100 genes. The competent state has been named the K-state after its master
regulator ComK. In B. subtilis, the entry into the K-state is stochastically determined
by the activation of the transcription factor ComK and occurs, in the domesticated
strains of B. subtilis, in approximately 15% of the population. The emergence from
genetically identical cells of two distinct subpopulations (competent cells and non-competent
cells) is known to be a classic survival strategy for bacteria, known as bet-hedging.
Regulation of entry into the K-state has been intensively studied and is well understood;
however, the reasons why undomesticated isolates of B. subtilis are poorly transformable
compared to the domesticated strains remained unexplained. We show here that fewer
cells enter the K-state, suggesting that some regulatory pathway limiting its expression
has been lost in the domesticated backgrounds. We demonstrate that this is largely
due to an inactivating point mutation in the degQ promoter region resulting in a decrease
of the amount of DegQ. DegQ is known to stimulate phosphate transfer from the DegS
autokinase to its cognate response regulator DegU. A low level of DegQ thus decreases
the concentration of the phosphorylated form of DegU, leading to the de-repression
of the srfA operon, which increases the amount of ComS leading to the stabilization
of ComK. Thus, in domesticated strains of B. subtilis, more cells reach the concentration
threshold of ComK needed to activate the positive auto-regulatory loop of ComK acting
on its own promoter. We also show that the activation of srfA transcription in undomesticated
strains is transient, as it is turned off when cells enter the stationary phase. Taken
together, these data indicate that the K-state and transformability are less frequent
and more transient in the undomesticated strains of B. subtilis. Consideration of
the regulatory mechanisms and the fitness advantages and costs of the K-state must
from now on take these features into consideration. These results underscore that
our understanding of real-life biology requires the use of wild isolates.
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