A spore quality–quantity tradeoff favors diverse sporulation strategies in Bacillus subtilis

Abstract

Quality–quantity tradeoffs govern the production of propagules across taxa and can explain variability in life-history traits in higher organisms. A quality–quantity tradeoff was recently discovered in spore forming bacteria, but whether it impacts fitness is unclear. Here we show both theoretically and experimentally that the nutrient supply during spore revival determines the fitness advantage associated with different sporulation behaviors in Bacillus subtilis. By tuning sporulation rates we generate spore-yield and spore-quality strategists that compete with each other in a microscopic life-cycle assay. The quality (yield) strategist is favored when spore revival is triggered by poor (rich) nutrients. We also show that natural isolates from the gut and soil employ different life-cycle strategies that result from genomic variations in the number of rap-phr signaling systems. Taken together, our results suggest that a spore quality–quantity tradeoff contributes to the evolutionary adaptation of sporulating bacteria.

A new role for SR1 from Bacillus subtilis: regulation of sporulation by inhibition of kinA translation

“…As has been also shown recently, there is a trade-off between spore quantity and quality in B. subtilis ( 57 , 58 ). The results of our measurements of AP activity and DPA content as markers for sporulation stages II/III and IV/V, respectively, revealed that the absence of SR1 restricts the time window of spore formation to an extent that prevents the assembly of a proper coat and crust.…”

Sporenbildung bei Bacillus subtilis: Masse oder Klasse?

“…Trotzdem wurden diese bisher getrennt voneinander untersucht. Die Lichtmikroskopie ist dafür ein wichtiges Werkzeug, denn die verschiedenen Entwicklungs- [6].…”

“…Korreliert man allerdings das Aufl eben der Sporen mit ihrer Entstehungsgeschichte, so zeigt sich, dass frühe Sporen schneller keimen und mit höherer Wahrscheinlichkeit auswachsen als späte Sporen. Weitere Experimente bestätigten, dass der Sporulationszeitpunkt -unabhän- Dehydrogenase -ein Enzym, das den Nährstoff und Keimungstrigger L-Alanin zu Pyruvat verstoffwechselt -beeinfl usst zumindest unter bestimmten Bedingungen die Sporenqualität in B. subtilis und das Auswachsen, aber nicht die Keimung [4,6]. Welche weiteren Qualitätsmerkmale einer Spore über den Sporulationszeitpunkt bestimmt werden und wie der Organismus die Sporenbildung beispielsweise über Zell-Zell-Kommunikation steuert [11], muss weiter untersucht werden.…”

“…Die erzeugten Veränderungen in der Lebenszyklus-Strategie wirken sich beim Aufleben in nährstoffreichen bzw. -armen Umgebungen entsprechend der Vorhersagen auf die Fitness aus [6]. Auch die Strategie der natürlichen Iso late lässt sich umprogrammieren.…”

“…Im Genom des Bodenisolats findet sich eine Reihe von zusätzlichen rap-phr-Signalsystemen, die die Aktivität im Sporulations-Phosphorelay hemmen und somit die Sporulationswahrscheinlichkeit herabsetzen [10]. Überführt man die Signalsysteme ins Genom des Huhnisolats, so verfolgt dieses nun die Ertragsstrategie mit entsprechenden Konsequenzen für die Fitness [6].…”