2022-10-30 16:52:17 張磊 黃海瀛
10月7日，《Microbiome》在線發(fā)表了生命科學(xué)學(xué)院沈錫輝教授團隊題為“Exploring AI-2-mediated interspecies communications within rumen microbial communities”的研究論文，揭示了瘤胃微生物菌群的群體感應(yīng)信號分子合成酶及受體基因的分布和表達規(guī)律，并構(gòu)建了群體感應(yīng)分子介導(dǎo)的瘤胃微生物種間交流網(wǎng)絡(luò)。生命科學(xué)學(xué)院博士生劉孝珍、劉欽萌為本論文共同第一作者，張磊教授和沈錫輝教授為本論文的共同通訊作者。
群體感應(yīng)(quorum sensing，QS)是細菌種內(nèi)和種間細胞間交流的普遍機制，通過合成和分泌稱為自誘導(dǎo)物(autoinducer)的信號分子監(jiān)測細菌群體密度的變化，協(xié)調(diào)細菌的群體行為。QS信號分子autoinducer-2 (AI-2)廣泛存在于細菌中，既能介導(dǎo)種內(nèi)交流，又能介導(dǎo)種間交流，被稱為“細菌的世界語”，但人們對細菌如何感知該QS信號知之甚少。2020年10月該課題組發(fā)現(xiàn)原核生物(包括細菌和古菌)通過一類具dCACHE結(jié)構(gòu)域的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白感知AI-2信號實現(xiàn)異種細胞間對話的新機制(Zhang et al., Nature Communications, 2020)。
反芻動物的瘤胃是一個天然發(fā)酵體系，依賴其中存在的大量不同種類的厭氧微生物聯(lián)合作用對木質(zhì)纖維素進行降解和利用。目前對瘤胃微生物菌群的種間交流及協(xié)同作用機制知之甚少。本研究對數(shù)據(jù)庫中已有的瘤胃細菌完整基因組信息進行分析，發(fā)現(xiàn)QS合成酶基因存在于絕大多數(shù)瘤胃細菌中，尤其是AI-2合成酶基因存在于一半以上瘤胃細菌中，而AI-2受體編碼基因存在于超過1/3以上瘤胃細菌中，且尚有大量潛在AI-2受體編碼基因有待進一步發(fā)掘。宏轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)瘤胃優(yōu)勢菌群中AI-2合成酶和受體基因均能高水平表達，表明AI-2介導(dǎo)的種間交流在瘤胃微生態(tài)系統(tǒng)中廣泛發(fā)生。瘤胃細菌中的dCACHE型AI-2受體包括甲基化趨化受體、組氨酸激酶、c-di-GMP合成與水解酶、絲氨酸磷酸酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶等跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，表明AI-2信號可以調(diào)控瘤胃菌群的各種重要生理功能和群體行為?；谝陨习l(fā)現(xiàn)，我們進一步構(gòu)建了AI-2介導(dǎo)的瘤胃微生物種間交流網(wǎng)絡(luò)。本研究極大促進了對瘤胃微生態(tài)系統(tǒng)微生物種間交流機制的認識，也為研究其他生境微生物群落成員之間的交流與協(xié)作機制提供重要參考。
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