Intra- and interpopulation transposition of mobile genetic elements driven by antibiotic selection

质粒 流动遗传元素 转座因子 水平基因转移 生物 换位(逻辑) 遗传学 抗生素耐药性 基因 抗生素 染色体 微生物遗传学 突变体 基因组 语言学 哲学
作者
Yi Yao,Rohan Maddamsetti,Andrea Weiss,Yuanchi Ha,Teng Wang,Shangying Wang,Lingchong You
出处
期刊:Nature Ecology and Evolution [Springer Nature]
卷期号:6 (5): 555-564 被引量:49
标识
DOI:10.1038/s41559-022-01705-2
摘要

The spread of genes encoding antibiotic resistance is often mediated by horizontal gene transfer (HGT). Many of these genes are associated with transposons, a type of mobile genetic element that can translocate between the chromosome and plasmids. It is widely accepted that the translocation of antibiotic resistance genes onto plasmids potentiates their spread by HGT. However, it is unclear how this process is modulated by environmental factors, especially antibiotic treatment. To address this issue, we asked whether antibiotic exposure would select for the transposition of resistance genes from chromosomes onto plasmids and, if so, whether antibiotic concentration could tune the distribution of resistance genes between chromosomes and plasmids. We addressed these questions by analysing the transposition dynamics of synthetic and natural transposons that encode resistance to different antibiotics. We found that stronger antibiotic selection leads to a higher fraction of cells carrying the resistance on plasmids because the increased copy number of resistance genes on multicopy plasmids leads to higher expression of those genes and thus higher cell survival when facing antibiotic selection. Once they have transposed to plasmids, antibiotic resistance genes are primed for rapid spread by HGT. Our results provide quantitative evidence for a mechanism by which antibiotic selection accelerates the spread of antibiotic resistance in microbial communities.
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