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Bordetella pertussis, the causative agent of whooping cough, is responsible of more than 200000 deaths worldwide. Despite a high vaccine coverage in developed countries, a reemergence of the disease has been observed, which is in part linked to vaccine-pressure. Strains able to evade vaccine-induced immunity show high genome organization rearrangements, essentially due to mobile genetic elements (IS) present in more than 230 copies, which could impact on messenger and regulatory transcription of the pathogene.To assess the impact of IS on the global transcriptome of Bordetella pertussis, we first determined the coding and non-coding primary transcriptome by a combination of differents RNA-sequencing approaches and predictive bioinformatics analysis software packages. We identify mono- and polycistronic coding structures, including regulatories structures like riboswitches, excludon, and long overlapping 5’ and 3’UTR. A list of candidates regulating transcripts (small RNA) has been mapped from new transcripts located in intergenic regions (IGR) and transcripts oriented in antisense of annotated coding sequences. Extended transcriptions emerging from IS elements have been observed, originating from internal promoters or newly formed promoters by insertion in a specific genomic region. Those transcripts can extend in sense or in antisense of the flanking gene, or in IGR. The regulatory function of those transcripts has been studied from the characterization and the mode of action of an extended regulatory RNA, BPnc264, oriented in antisense of the virulence gene fim2.; Bordetella pertussis, l’agent responsable de la coqueluche, provoque près de 200000 morts par an dans le monde. Malgré une forte couverture vaccinale, une réémergence de la maladie a été observée dans les pays développés, liée en partie à une adaptation à la pression vaccinale. Les souches capables d’échapper à la réponse immunitaire montrent des réarrangements génomiques importants, provoqués par des éléments génétiques mobiles (IS) présents en plus de 230 copies, qui pourraient impacter sur la transcription des gènes et ARN régulateurs du pathogène.Pour élucider l’impact des IS sur le transcriptome global de Bordetella pertussis, nous avons d’abord déterminé le transcriptome codant et non-codant du pathogène par des approches de séquençage d’ARN couplées à des prédictions bioinformatiques. Cette étude a permis d’identifier les structures codantes mono- et polycistroniques, incluant des structures régulatrices telles que des riboswitches, un excludon et de longs 5’ et 3’UTR chevauchants. Une cartographie de candidats ARN régulateurs non-codant a été édifiée à partir de nouveaux transcrits localisés en régions intergéniques (IGR) et de transcrits orientés en antisens de séquences codantes. Des prolongements de transcriptions des IS ont été observés, prenant leur origine de promoteurs internes à l’IS ou formés par insertion de celles-ci. Ces transcrits sont spécifiques d’une souche à l’autre du pathogène, et s’orientent en sens ou en antisens des gènes environnant, ou dans des IGR. Le potentiel caractère régulateur de ces transcrits a été étudié par la caractérisation et l’étude du mode d’action d’un ARN régulateur, BPnc264, orienté en antisens du gène de virulence fim2.

7 fichiers en matériel supplémentaire; International audience; Transposable elements (TE) are one of the major driving forces of genome evolution, raising the question of the long-term dynamics underlying their evolutionary success. Long-term TE evolution can readily be reconstructed in eukaryotes, thanks to many degraded copies constituting genomic fossil records of past TE proliferations. By contrast, bacterial genomes usually experience high sequence turnover and short TE retention times, thereby obscuring ancient TE evolutionary patterns. We found that Wolbachia bacterial genomes contain 52-171 insertion sequence (IS) TEs. IS account for 11% of Wolbachia wRi, which is one of the highest IS genomic coverage reported in prokaryotes to date. We show that many IS groups are currently expanding in various Wolbachia genomes and that IS horizontal transfers are frequent among strains, which can explain the apparent synchronicity of these IS proliferations. Remarkably, >70% of Wolbachia IS are nonfunctional. They constitute an unusual bacterial IS genomic fossil record providing direct empirical evidence for a long-term IS evolutionary dynamics following successive periods of intense transpositional activity. Our results show that comprehensive IS annotations have the potential to provide new insights into prokaryote TE evolution and, more generally, prokaryote genome evolution. Indeed, the identification of an important IS genomic fossil record in Wolbachia demonstrates that IS elements are not always of recent origin, contrary to the conventional view of TE evolution in prokaryote genomes. Our results also raise the question whether the abundance of IS fossils is specific to Wolbachia or it may be a general, albeit overlooked, feature of prokaryote genomes.

Symbiotic associations between animals and microbes are ubiquitous in nature, with an estimated 15% of all insect species harboring intracellular bacterial symbionts. Most bacterial symbionts share many genomic features including small genomes, nucleotide composition bias, high coding density, and a paucity of mobile DNA, consistent with long-term host association. In this study, we focus on the early stages of genome degeneration in a recently derived insect-bacterial mutualistic intracellular association. We present the complete genome sequence and annotation of Sitophilus oryzae primary endosymbiont (SOPE). We also present the finished genome sequence and annotation of strain HS, a close free-living relative of SOPE and other insect symbionts of the Sodalis-allied clade, whose gene inventory is expected to closely resemble the putative ancestor of this group. Structural, functional, and evolutionary analyses indicate that SOPE has undergone extensive adaptation toward an insect-associated lifestyle in a very short time period. The genome of SOPE is large in size when compared with many ancient bacterial symbionts; however, almost half of the protein-coding genes in SOPE are pseudogenes. There is also evidence for relaxed selection on the remaining intact protein-coding genes. Comparative analyses of the whole-genome sequence of strain HS and SOPE highlight numerous genomic rearrangements, duplications, and deletions facilitated by a recent expansion of insertions sequence elements, some of which appear to have catalyzed adaptive changes. Functional metabolic predictions suggest that SOPE has lost the ability to synthesize several essential amino acids and vitamins. Analyses of the bacterial cell envelope and genes encoding secretion systems suggest that these structures and elements have become simplified in the transition to a mutualistic association.

Background Xanthomonads are plant-associated bacteria responsible for diseases on economically important crops. Xanthomonas fuscans subsp. fuscans (Xff) is one of the causal agents of common bacterial blight of bean. In this study, the complete genome sequence of strain Xff 4834-R was determined and compared to other Xanthomonas genome sequences. Results Comparative genomics analyses revealed core characteristics shared between Xff 4834-R and other xanthomonads including chemotaxis elements, two-component systems, TonB-dependent transporters, secretion systems (from T1SS to T6SS) and multiple effectors. For instance a repertoire of 29 Type 3 Effectors (T3Es) with two Transcription Activator-Like Effectors was predicted. Mobile elements were associated with major modifications in the genome structure and gene content in comparison to other Xanthomonas genomes. Notably, a deletion of 33 kbp affects flagellum biosynthesis in Xff 4834-R. The presence of a complete flagellar cluster was assessed in a collection of more than 300 strains representing different species and pathovars of Xanthomonas. Five percent of the tested strains presented a deletion in the flagellar cluster and were non-motile. Moreover, half of the Xff strains isolated from the same epidemic than 4834-R was non-motile and this ratio was conserved in the strains colonizing the next bean seed generations. Conclusions This work describes the first genome of a Xanthomonas strain pathogenic on bean and reports the existence of non-motile xanthomonads belonging to different species and pathovars. Isolation of such Xff variants from a natural epidemic may suggest that flagellar motility is not a key function for in planta fitness.

17 pages de références bibliographiques et 20 pages d'annexes; L’atrazine, un des herbicides les plus utilisés pour contrôler le développement des plantes adventices dans les cultures, a conduit à la contamination de l’environnement. L’exposition chronique à cet herbicide a conduit à l’émergence de populations microbiennes du sol capables de dégrader l’atrazine et de l’utiliser comme une source d’azote pour leur croissance. Ces populations microbiennes sont responsables de la biodégradation accélérée (BDA) de l’atrazine, un service écosystémique contribuant à diminuer la persistance de cet herbicide dans l’environnement. L’objectif de ce travail était d’étudier les mécanismes génétiques et physiologiques responsables du fonctionnement et de l’amélioration de ce service écosystémique. Nous avons appliqué une démarche expérimentale allant des gènes codant de dégradation à des communautés microbiennes afin de d’identifier les processus adaptatifs impliqués dans l’évolution de la fonction de BDA de l’atrazine. Le premier volet a consisté à évaluer l’importance de mutations accumulées dans le gène atzA dans la transformation de l’atrazine en hydroxyatrazine catalysée par AtzA. Le séquençage de gènes atzA de différents isolats bactériens dégradant l’atrazine (Pseudomonas sp. ADP WT, Pseudomonas sp. ADP Ps et différents Chelatobacter heintzii) a montré que la séquence du gène atzA était très conservée. Toutefois quatre mutations non silencieuses ont pu être identifiées (1 chez Pseudomonas sp. ADP MSE. L’atrazine, un des herbicides les plus utilisés pour contrôler le développement des plantes adventices dans les cultures, a conduit à la contamination de l’environnement. L’exposition chronique à cet herbicide a conduit à l’émergence de populations microbiennes du sol capables de dégrader l’atrazine et de l’utiliser comme une source d’azote pour leur croissance. Ces populations microbiennes sont responsables de la biodégradation accélérée (BDA) de l’atrazine, un service écosystémique contribuant à diminuer la persistance de cet herbicide dans l’environnement. L’objectif de ce travail était d’étudier les mécanismes génétiques et physiologiques responsables du fonctionnement et de l’amélioration de ce service écosystémique. Nous avons appliqué une démarche expérimentale allant des gènes codant de dégradation à des communautés microbiennes afin de d’identifier les processus adaptatifs impliqués dans l’évolution de la fonction de BDA de l’atrazine. Le premier volet a consisté à évaluer l’importance de mutations accumulées dans le gène atzA dans la transformation de lSE et 3 chez Chelatobacter heintzii). La modélisation de la structure de la protéine AtzA a permis de montrer que trois des mutations étaient situées dans des régions importantes (site actif, poche de liaison avec l’atrazine et liaison avec le métal Fe2+). Afin de caractériser l’importance de ces mutations, l’activité de dégradation des différentes isoformes d’AtzA et de protéines obtenues par une approche de mutagénèse dirigée a été mesurée. Ces études montrent que la mutation observée chez Pseudomonas sp. ADP Ps diminue l’activité de dégradation d’AtzA par rapport à celle de Pseudomonas sp. ADP WT tandis que les mutations observées chez C. heintzii diminuent l’activité de dégradation de l’atrazine mais favorise celle de dégradation de la simazine. La fixation de ces mutations pourrait être expliquée par le relâchement de la pression de sélection exercée sur atzA pour la population Pseudomonas sp. ADP Ps et par la sélection de populations capables d’accéder à deux s-triazines, respectivement. Le second volet a consisté à étudier la plasticité de la voie de biodégradation de l’atrazine dans deux conditions opposées : la première visait à évaluer la persistance de la capacité de dégradation en absence de pression de sélection et la seconde visait à évaluer l’évolution de la capacité de dégradation en présence d’une pression de sélection élevée. Pour conduire ces études, des manipulations d’évolution expérimentale sur Pseudomonas sp. ADP ont été menées. L’exposition à l’acide cyanurique, intermédiaire métabolique de l’atrazine, a conduit à la sélection d’une population nouvellement évoluée capable de croître plus rapidement dans un milieu de culture ne contenant que l’acide cyanurique comme source d’azote. Cette population est caractérisée par une délétion d’une région de 47 kb du plasmide ADP1 contenant les gènes atzABC. Les analyses conduites ont permis de conclure que le gain de compétitivité de la population évoluée résidait dans la perte du fardeau génétique représenté par la région de 47 kb, la capacité de dégradation de l’acide cyanurique restant inchangée.L’exposition à l’atrazine a conduit à la sélection d’une population nouvellement évoluée caractérisée par l’insertion du plasmide ADP1 en quasi-totalité sur le chromosome bactérien. Cet événement génétique ne contribue pas à améliorer ni la croissance ni la dégradation de l’atrazine. Le gain de compétitivité de la souche évoluée pourrait résider dans la stabilité de la transmission verticale de la fonction de biodégradation. Ces deux expériences montrent que la plasticité des génomes microbiens contribue à l’adaptabilité de la fonction de biodégradation de l’atrazine. Le troisième volet a consisté à développer un outil permettant d’évaluer à l’échelle d’une communauté microbienne synthétique l’évolution du potentiel génétique dégradant. Pour ce faire quatre souches dégradantes dont une, Arthrobacter sp. TES6, a été isolée au cours de cette étude, ont été choisies. Présentant des fonds génétiques et potentiels dégradants différents, elles ont été manipulées afin de leur conférer des résistances à des antibiotiques permettant de les sélectionner. Une expérience d’évolution a été initiée afin de valider l’outil. Les premières analyses montrent qu’il est fonctionnel et, qu’à terme, il devrait permettre d’étudier l’évolution du potentiel génétique dégradant d’un consortium placé dans différentes conditions environnementales. Ces travaux montrent que la fonction de biodégradation accélérée de l’atrazine est très versatile et qu’elle est en constante évolution. Il met en évidence que le principal facteur pilotant cette évolution est le niveau d’exposition des populations dégradantes au pesticide.

UMR DAP, équipe DAR; UMR BGPI, équipe 4; International audience; To organize data resulting from the phenotypic characterization of a library of 30,000 T-DNA enhancer trap (ET) insertion lines of rice (Oryza sativa L cv. Nipponbare), we developed the Oryza Tag Line (OTL) database (http://urgi.versailles.inra.fr/OryzaTagLine/). OTL structure facilitates forward genetic search for specific phenotypes, putatively resulting from gene disruption, and/or for GUSA or GFP reporter gene expression patterns, reflecting ET-mediated endogenous gene detection. In the latest version, OTL gathers the detailed morpho-physiological alterations observed during field evaluation and specific screens in a first set of 13,928 lines. Detection of GUS or GFP activity in specific organ/tissues in a subset of the library is also provided. Search in OTL can be achieved through trait ontology category, organ and/or developmental stage, keywords, expression of reporter gene in specific organ/tissue as well as line identification number. OTL now contains the description of 9721 mutant phenotypic traits observed in 2636 lines and 1234 GUS or GFP expression patterns. Each insertion line is documented through a generic passport data including production records, seed stocks and FST information. 8004 and 6101 of the 13,928 lines are characterized by at least one T-DNA and one Tos17 FST, respectively that OTL links to the rice genome browser OryGenesDB.

A collection of 17 atrazine-degrading bacteria isolated from soils was studied to determine the composition of the atrazine-degrading genetic potential (i.e. trzN, trzD and atz) and the presence of IS1071. The characterization of seven new atrazine-degrading bacteria revealed for the first time the trzN-atzBC gene composition in Gram-negative bacteria such as Sinorhizobium sp. or Polaromonas sp. Three main atrazine-degrading gene combinations (i) trzN– atzBC, (ii) atzABC– trzD and (iii) atzABCDEF were observed. The atz and trz genes were often located on plasmids, suggesting that plasmid conjugation could play an important role in their dispersion. In addition, the observation of these genes (i) on the chromosome, (ii) on the same DNA fragment but on different plasmids and (iii) on DNA fragments also hybridizing with IS1071 suggests that transposition may also contribute to disperse the atrazine-degrading genes.