Engineered ribosomal RNA operon copy-number variants of E. coli reveal the evolutionary trade-offs shaping rRNA operon number.
Engineered ribosomal RNA operon copy-number variants of E. coli reveal the evolutionary trade-offs shaping rRNA operon number.
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DOI：
10.1093/nar/gkv040
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发表时间：
2015-02-18
影响因子：
14.9
通讯作者：
Posfai G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gyorfy Z;Draskovits G;Vernyik V;Blattner FF;Gaal T;Posfai G
核糖体 RNA (rrn) 操纵子在细菌基因组中以多个拷贝存在（大肠杆菌中有 7 个拷贝），在细胞生理学中发挥着核心作用。我们通过构建具有 5-10 个操纵子的同基因变体，研究了决定大肠杆菌中 rrn 操纵子最佳数量的因素。我们发现总RNA和蛋白质含量以及细胞的大小反映了rrn操纵子的数量。虽然生长参数仅显示出微小的差异，但竞争实验揭示了一个清晰的模式：在波动、偶尔丰富的营养流入的条件下，7-8个拷贝是最佳的，而在稳定、营养有限的环境中，则有利于较低的数量。我们发现，快速调整养分利用率、快速生长和核糖体数量经济调节等优势都有助于选择最佳的 rrn 操纵子数量。我们的结果表明，大肠杆菌的 wt rrn 操纵子数反映了细菌自然的“盛宴和饥荒”生活方式，然而，不同的拷贝数在不同的环境条件下可能是有益的。了解 rrn 操纵子的拷贝数对细胞适应性的影响是朝着创建功能性和稳健的基因组（合成生物学的最终目标）迈出的重要一步。
Ribosomal RNA (rrn) operons, characteristically present in several copies in bacterial genomes (7 in E. coli), play a central role in cellular physiology. We investigated the factors determining the optimal number of rrn operons in E. coli by constructing isogenic variants with 5–10 operons. We found that the total RNA and protein content, as well as the size of the cells reflected the number of rrn operons. While growth parameters showed only minor differences, competition experiments revealed a clear pattern: 7–8 copies were optimal under conditions of fluctuating, occasionally rich nutrient influx and lower numbers were favored in stable, nutrient-limited environments. We found that the advantages of quick adjustment to nutrient availability, rapid growth and economic regulation of ribosome number all contribute to the selection of the optimal rrn operon number. Our results suggest that the wt rrn operon number of E. coli reflects the natural, ‘feast and famine’ life-style of the bacterium, however, different copy numbers might be beneficial under different environmental conditions. Understanding the impact of the copy number of rrn operons on the fitness of the cell is an important step towards the creation of functional and robust genomes, the ultimate goal of synthetic biology.
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影响因子：
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Cabrera, JE;Jin, DJ
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Bollenbach T;Quan S;Chait R;Kishony R
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作者：
CONDON, C;FRENCH, S;SQUIRES, CL
通讯作者：
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DOI：
10.1073/pnas.87.14.5533
发表时间：
1990-07-01
影响因子：
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作者：
GAAL, T;GOURSE, RL
通讯作者：
GOURSE, RL