近日，我校群體微生物研究中心張煉輝教授團(tuán)隊(duì)在微生物權(quán)威期刊mBio（影響因子7.786，中科院1區(qū)Top期刊）上發(fā)表了題為“RdmA Is a Key Regulator in Autoinduction of DSF Quorum Quenching in Pseudomonas nitroreducens HS-18”的研究論文（鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.03010-22），報(bào)道了一個關(guān)鍵的調(diào)控因子RdmA及其調(diào)控的代謝基因簇dmgA-H在DSF群體淬滅過程中的重要作用。
群體感應(yīng)（Quorum sensing，QS）是一種微生物的胞間分子通訊機(jī)制，微生物通過合成、分泌、響應(yīng)具有擴(kuò)散性的小分子信號化合物協(xié)調(diào)種內(nèi)或種間微生物群體的各種生物學(xué)功能。尤其，病原微生物通過群體感應(yīng)調(diào)控群體的毒力因子產(chǎn)生從而強(qiáng)化致病能力，導(dǎo)致嚴(yán)重的人類和動植物病害，造成不可估量的社會不安和經(jīng)濟(jì)損失。其中，最早報(bào)道的AHL（acylhomoserine lactone）信號和相對后期才發(fā)現(xiàn)的DSF（diffusible signal factor）代表了兩類廣泛存在于革蘭氏陰性細(xì)菌的群體感應(yīng)家族信號，它們均參與調(diào)控多種病原菌的致病過程，包括產(chǎn)生各種致病因子（如運(yùn)動性、生物膜形成、細(xì)胞聚集性、胞外多糖和胞外酶）及致病力等。群體淬滅（Quorum quenching，QQ）是指干擾或阻斷群體感應(yīng)通訊的分子機(jī)制。群體感應(yīng)淬滅已被越來越多研究證明是一種有效的病害防控新策略、新途徑。早期群體淬滅研究主要針對AHL群體感應(yīng)系統(tǒng)，DSF群體淬滅研究近年來才起步，其調(diào)控機(jī)制方面的研究鮮有報(bào)道。
研究團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)Pseudomonas nitroreducens HS-18的DSF淬滅基因表達(dá)受DSF的誘導(dǎo)調(diào)控（Wang et al., 2020，AEM 86：e02930-19），為闡明其調(diào)控機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)通過RNA-seq比較分析，篩選出了20個轉(zhuǎn)錄水平顯著受DSF信號分子影響的調(diào)控因子，并利用報(bào)告系統(tǒng)HS-18(digA::lacZ)，篩選出了對DSF淬滅基因digA具有相對最顯著調(diào)控作用的調(diào)控因子RdmA。通過蛋白結(jié)構(gòu)域分析發(fā)現(xiàn)，RdmA屬于同時具有配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域和DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的TetR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，研究團(tuán)隊(duì)通過基因敲除、RT-qPCR、DSF生物測定等方法，在rdmA鄰位發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵的DSF淬滅代謝基因簇dmgA-H。RT-qPCR分析表明，RdmA顯著負(fù)調(diào)控dmgA-H的轉(zhuǎn)錄水平；進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)通過RT-qPCR、凝膠阻滯實(shí)驗(yàn)（EMSA）證明，當(dāng)DSF信號不存在時，RdmA蛋白能夠直接結(jié)合dmgA啟動子區(qū)域，抑制了dmgA-H的轉(zhuǎn)錄水平；當(dāng)DSF信號存在時，DSF結(jié)合游離的RdmA蛋白及PdmgA-RdmA復(fù)合物中的RdmA蛋白，從而解離/阻止RdmA蛋白與dmgA啟動子區(qū)域的結(jié)合，從而激活dmgA-H的轉(zhuǎn)錄。
圖2 基于群體感應(yīng)信號DSF正反饋機(jī)制的dmg基因簇調(diào)節(jié)模型
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，dmgA啟動子區(qū)域中的2個反向重復(fù)序列“AGCAAGCGCTTGG”和“CCAAGCGCTTGCT”，對RdmA結(jié)合dmgA啟動子區(qū)域至關(guān)重要。另外，研究團(tuán)隊(duì)還利用了多種DSF結(jié)構(gòu)類似化合物對RdmA的配體特異性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明DSF家族信號（DSF、BDSF、PDSF）對digA和dmgA的轉(zhuǎn)錄調(diào)控最顯著。DSF信號分子、調(diào)控因子RdmA和dmgA-H的互作關(guān)系清晰揭示了一個由調(diào)控因子RdmA介導(dǎo)的DSF淬滅調(diào)控新機(jī)制。該研究為創(chuàng)制高效高能的DSF淬滅菌株奠定了重要理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。
群體微生物研究中心博士后研究員王惠杉為第一作者，張煉輝教授和廖立勝副教授為該論文的通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
文圖/群體微生物研究中心
