群体微生物研究中心在DSF群体淬灭及调控机制方面取得新进展

　　近日，我校群体微生物研究中心张炼辉教授团队在微生物权威期刊mBio（影响因子7.786，中科院1区Top期刊）上发表了题为“RdmA Is a Key Regulator in Autoinduction of DSF Quorum Quenching in Pseudomonas nitroreducens  HS-18”的研究论文（链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.03010-22），报道了一个关键的调控因子RdmA及其调控的代谢基因簇dmgA-H在DSF群体淬灭过程中的重要作用。

　　群体感应（Quorum sensing，QS）是一种微生物的胞间分子通讯机制，微生物通过合成、分泌、响应具有扩散性的小分子信号化合物协调种内或种间微生物群体的各种生物学功能。尤其，病原微生物通过群体感应调控群体的毒力因子产生从而强化致病能力，导致严重的人类和动植物病害，造成不可估量的社会不安和经济损失。其中，最早报道的AHL（acylhomoserine lactone）信号和相对后期才发现的DSF（diffusible signal factor）代表了两类广泛存在于革兰氏阴性细菌的群体感应家族信号，它们均参与调控多种病原菌的致病过程，包括产生各种致病因子（如运动性、生物膜形成、细胞聚集性、胞外多糖和胞外酶）及致病力等。群体淬灭（Quorum quenching，QQ）是指干扰或阻断群体感应通讯的分子机制。群体感应淬灭已被越来越多研究证明是一种有效的病害防控新策略、新途径。早期群体淬灭研究主要针对AHL群体感应系统，DSF群体淬灭研究近年来才起步，其调控机制方面的研究鲜有报道。

　　研究团队前期发现Pseudomonas  nitroreducens  HS-18的DSF淬灭基因表达受DSF的诱导调控（Wang et al., 2020，AEM  86：e02930-19），为阐明其调控机制，研究团队通过RNA-seq比较分析，筛选出了20个转录水平显著受DSF信号分子影响的调控因子，并利用报告系统HS-18(digA::lacZ)，筛选出了对DSF淬灭基因digA具有相对最显著调控作用的调控因子RdmA。通过蛋白结构域分析发现，RdmA属于同时具有配体结合结构域和DNA结合结构域的TetR家族转录调控因子，研究团队通过基因敲除、RT-qPCR、DSF生物测定等方法，在rdmA邻位发现了关键的DSF淬灭代谢基因簇dmgA-H。RT-qPCR分析表明，RdmA显著负调控dmgA-H的转录水平；进一步，研究团队通过RT-qPCR、凝胶阻滞实验（EMSA）证明，当DSF信号不存在时，RdmA蛋白能够直接结合dmgA启动子区域，抑制了dmgA-H的转录水平；当DSF信号存在时，DSF结合游离的RdmA蛋白及PdmgA-RdmA复合物中的RdmA蛋白，从而解离/阻止RdmA蛋白与dmgA启动子区域的结合，从而激活dmgA-H的转录。

图2  基于群体感应信号DSF正反馈机制的dmg基因簇调节模型

　　研究团队发现，dmgA启动子区域中的2个反向重复序列“AGCAAGCGCTTGG”和“CCAAGCGCTTGCT”，对RdmA结合dmgA启动子区域至关重要。另外，研究团队还利用了多种DSF结构类似化合物对RdmA的配体特异性进行了分析，结果表明DSF家族信号（DSF、BDSF、PDSF）对digA和dmgA的转录调控最显著。DSF信号分子、调控因子RdmA和dmgA-H的互作关系清晰揭示了一个由调控因子RdmA介导的DSF淬灭调控新机制。该研究为创制高效高能的DSF淬灭菌株奠定了重要理论与应用基础。 

　　群体微生物研究中心博士后研究员王惠杉为第一作者，张炼辉教授和廖立胜副教授为该论文的通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省林业科技创新项目重点项目、广东省重点领域研发计划等项目的资助。

文图/群体微生物研究中心