Bacterial fitness and plasmid loss: the importance of culture conditions and plasmid size

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Abstract

Several pBluescript-derived plasmids of various sizes were constructed to study the effects of multicopy plasmid size on bacterial fitness and plasmid loss. Transformed and untransformed bacterial clones were grown in media with or without ampicillin. Bacterial fitness (measured by growth rate), plasmid presence or absence, and plasmid copy number were assessed during successive subculturings. In selective media (minimal medium or Luria Broth plus ampicillin), the clone transformed with the largest plasmid (pBluescript with a 9000-bp insert) had a significantly longer lag phase than all other clones. In nonselective media the rate of plasmid loss during successive subculturings was greatest in the clone with the largest insert. The clone with the largest insert displayed a lower plasmid copy number than clones with a small insert or no insert at all. Plasmid loss in the form of segregational instability and plasmid copy number reduction in nonselective environments are important to the understanding of the evolution of the bacteria-plasmid associations and the appreciation of the potential for altering the genetic properties of a clone maintained or subcultured on a standard medium.

Nous avons construit quelques plasmides de diverses tailles dérivés de pBluescript en vue d'étudier les effets de la taille d'un plasmide en plusieurs copies sur la compétence de la bactérie et la perte de plasmides. Des clones de bactéries transformées et non-transformées ont été cultivés dans des milieux avec ou sans ampicilline. La compétence des bactéries (évaluée par le taux de croissance), la présence ou l'absence de plasmides et le nombre de copies d'un plasmide ont été mesurés lors de repiquages successifs. Dans les milieux sélectifs (milieux minimaux de culture ou bouillon de culture Luria avec ampicilline), le clone transformé avec le plus gros plasmide (pBluescript plus une insertion de 9000 pb) affichait une phase de latence significativement plus longue que tous les autres clones. Dans des milieux non-sélectifs, le taux le plus élevé de perte plasmidique lors des repiquages successifs a été observé avec le clone portant la plus lourde séquence d'insertion. Le clone contenant la plus lourde séquence d'insertion présentait un nombre de copies de plasmides inférieur à celui de clones ayant une petite séquence d'insertion ou aucune insertion du tout. La perte de plasmides à la période d'instabilité de division et la diminution du nombre de copies plasmidiques dans des environnements non-sélectifs sont des facteurs importants pour comprendre l'évolution des associations bactérie-plasmide et pour évaluer la capacité d'altérer les propriétés génétiques d'un clone maintenu ou sous-cultivé sur un milieu standard. Mots clefs: pBluescript, plasmide, stress, compétence, jeune.

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