プラスミドRP4の共役移入に伴う接合体誘導のトランスクリプトーム解析

Transcriptome Analysis of Zygotic Induction During Conjugative Transfer of Plasmid RP4.

• Masatoshi Miyakoshi
• Yoshiyuki Ohtsubo
• Yuji Nagata
• Masataka Tsuda

抄録

細菌プラスミドの共役移入は、ドナー細胞とレシピエント細胞の直接接触によって媒介される水平遺伝子移入の主要なメカニズムの一つである。しかし、プラスミド遺伝子の発現はプラスミドがコードする転写調節因子によって厳密に制御されているが、プラスミド遺伝子の発現がどのように細胞内で異なるかは不明である。ここでは、KT2440の等原性株間で非常に高い頻度でトランスファーされるプラスミドRP4の共役移入時の遺伝子発現を網羅的に解析した結果を報告する。ドナー細胞とレシピエント細胞の発現変化を識別するために、リファンピシン（Rif）の存在下での抱合を利用した。交尾の10分以内に、結果として得られたトランスコンジュゲート細胞におけるプラスミド遺伝子の一過性の転写を検出することに成功しました。接合体誘導として知られるこの現象は、複数のRP4-エンコードされたリプレッサーの抑制が解除されたことに起因していると考えられる。興味深いことに、我々はまた、リラクサーゼとその補助タンパク質をコードするオペロンがドナー細胞で特異的にアップレギュレーションされていることを観察した。zygotically induced mRNAの5'末端を同定したところ、転写開始部位は、以前に報告されているように、転写開始部位が転写源のニックサイトの24-nt上流に位置していることが確認されました()。プロモーターは最初に転写される領域にコードされていることから、リラクサーゼはフランキング領域の再生後にドナー細胞で発現している可能性があり、それ自体が周囲の自己抑制因子を置換している可能性が高いと考えられる。本研究は、プラスミド導入プロセスの制御についての新たな知見を提供するものである。

Conjugative transfer of bacterial plasmid is one of the major mechanisms of horizontal gene transfer, which is mediated by direct contact between donor and recipient cells. Gene expression of a conjugative plasmid is tightly regulated mostly by plasmid-encoded transcriptional regulators, but it remains obscure how differently plasmid genes are expressed in each cell during the conjugation event. Here, we report a comprehensive analysis of gene expression during conjugative transfer of plasmid RP4, which is transferred between isogenic strains of KT2440 at very high frequency. To discriminate the expression changes in the donor and recipient cells, we took advantage of conjugation in the presence of rifampicin (Rif). Within 10 min of mating, we successfully detected transient transcription of plasmid genes in the resultant transconjugant cells. This phenomenon known as zygotic induction is likely attributed to derepression of multiple RP4-encoded repressors. Interestingly, we also observed that the operon encoding relaxase and its auxiliary proteins were upregulated specifically in the donor cells. Identification of the 5' end of the zygotically induced mRNA confirmed that the transcription start site of was located 24-nt upstream of the nick site in the origin of transfer () as previously reported. Since the promoter is encoded on the region to be transferred first, the relaxase may be expressed in the donor cell after regeneration of the flanking region, which in itself is likely to displace the autogenous repressors around . This study provides new insights into the regulation of plasmid transfer processes.

Copyright © 2020 Miyakoshi, Ohtsubo, Nagata and Tsuda.