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Size evolution in microorganisms masks trade-offs predicted by the growth rate hypothesis

Authors :
Thierry Bouvier
Dominique Gravel
Isabelle Gounand
Corinne Bouvier
Franck Poly
Claire Gougat-Barbera
Marine Combe
Nicolas Mouquet
Tanguy Daufresne
Clara Torres-Barceló
University of Zurich
Gounand, Isabelle
Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier ( ISEM )
Université de Montpellier ( UM ) -Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Département de Biologie
Université Hadj Lakhdar Batna
Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes ( Eco&Sols )
Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro )
MARine Biodiversity Exploitation and Conservation ( UMR MARBEC )
Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer ( IFREMER ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Maladies infectieuses et vecteurs : écologie, génétique, évolution et contrôle ( MIVEGEC )
Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD [France-Sud] )
Ecologie microbienne ( EM )
Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon ( ENVL ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL )
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -VetAgro Sup ( VAS )
Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (UMR ISEM)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
MARine Biodiversity Exploitation and Conservation (UMR MARBEC)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Maladies infectieuses et vecteurs : écologie, génétique, évolution et contrôle (MIVEGEC)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)
Laboratoire d'Ecologie Microbienne - UMR 5557 (LEM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-École pratique des hautes études (EPHE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Montpellier (UM)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR226-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Hadj Lakhdar Batna 1
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon (ENVL)
Source :
Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Royal Society, The, 2016, 283 (1845), 〈10.1098/rspb.2016.2272〉, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Royal Society, The, 2016, 283 (1845), ⟨10.1098/rspb.2016.2272⟩
Publication Year :
2016

Abstract

Adaptation to local resource availability depends on responses in growth rate and nutrient acquisition. The growth rate hypothesis (GRH) suggests that growing fast should impair competitive abilities for phosphorus and nitrogen due to high demand for biosynthesis. However, in microorganisms, size influences both growth and uptake rates, which may mask trade-offs and instead generate a positive relationship between these traits (size hypothesis, SH). Here, we evolved a gradient of maximum growth rate (μmax) from a single bacterium ancestor to test the relationship amongμmax, competitive ability for nutrients and cell size, while controlling for evolutionary history. We found a strong positive correlation betweenμmaxand competitive ability for phosphorus, associated with a trade-off betweenμmaxand cell size: strains selected for highμmaxwere smaller and better competitors for phosphorus. Our results strongly support the SH, while the trade-offs expected under GRH were not apparent. Beyond plasticity, unicellular populations can respond rapidly to selection pressure through joint evolution of their size and maximum growth rate. Our study stresses that physiological links between these traits tightly shape the evolution of competitive strategies.

Details

Language :
English
ISSN :
09628452 and 14712954
Database :
OpenAIRE
Journal :
Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Royal Society, The, 2016, 283 (1845), 〈10.1098/rspb.2016.2272〉, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Royal Society, The, 2016, 283 (1845), ⟨10.1098/rspb.2016.2272⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....26cb9af1affab15695ebb1c3bee7a3b3