南京农大和江苏农科院合作揭示c-di-GMP信号调控生防细菌中抗菌物质合成的新机制

点击上方「BioArt植物」↑关注我们！

环二鸟苷酸c-di-GMP（Cyclic dimeric GMP）是细菌中广泛存在的核苷酸类第二信使，它参与调控细菌的多种重要生理生化功能，如生物膜形成、致病性、细胞分化等。c-di-GMP由鸟苷酸环化酶合成，能够被磷酸二酯酶降解，且这两种酶在不同细菌中通常有数十个甚至上百个不等。虽然这些酶都能合成或者降解c-di-GMP，它们介导的c-di-GMP信号途径所控制的生物学功能却存在明显差异，但目前细菌是如何区分和利用这些生化功能相似的酶来合成或降解胞内c-di-GMP，进而特异性调控某些特定生物学功能的机制还不清楚。

近日，南京农业大学钱国良教授团队与江苏省农业科学院刘凤权研究员团队合作在国际著名学术期刊Nucleic Acids Research在线发表了题为“Signaling specificity in the c-di-GMP-dependent network regulating antibiotic synthesis in Lysobacter”的研究论文。该研究首次在生防细菌—产酶溶杆菌OH11中发现了胞内核苷酸类第二信使c-di-GMP降解酶可以与其受体蛋白通过物理互作形成复合物来实现对下游信号的特异性传递，从而精确调控抗菌物质HSAF（Heat-Stable Antifungal Factor）的生物合成。该研究也为通过遗传改良或代谢优化c-di-GMP信号途径来提升HSAF产量，开发基于HSAF的生物农药提供了新思路和途径。

HSAF是产酶溶杆菌合成并外泌的一种结构新颖、生物合成和作用方式独特、对真菌和卵菌具有广谱拮抗活性的次生代谢产物，具有广泛的生防应用前景。该研究以产酶溶杆菌OH11为研究对象，以抗菌物质HSAF为指示表型，通过基因组水平的系统突变，从OH11体内鉴定出2个参与调控HSAF合成的c-di-GMP降解酶（LchP和RpfG）。进一步遗传和生化研究鉴定出一个c-di-GMP特异性受体Clp。Clp是一个转录调控因子，它能够结合在HSAF合成基因启动子区的2个位点（PA和PB），正向控制HSAF合成基因的表达，从而指导HSAF的合成。研究发现，Clp结合c-di-GMP后对PA位点的结合能力减弱，导致HSAF合成基因的转录表达下降，提示胞内c-di-GMP浓度升高可抑制HSAF的合成。更重要的是，Clp能够与LchP发生物理互作并促进LchP的降解酶活性，而不能与另一个降解酶RpfG互作，表明LchP通过与Clp的物理互作实现了胞内c-di-GMP信号途径对HSAF合成的特异性调控。

LchP介导的c-di-GMP信号通路调控HSAF生物合成的工作模型

该研究报道了细菌体内c-di-GMP降解酶与其受体蛋白互作介导特异性调控的工作模式，揭示了细菌利用不同的c-di-GMP代谢酶来精准控制特定基因表达，从而调控不同的生物学功能的新机制。同时，该研究也为通过遗传改良或代谢优化c-di-GMP信号途径来提升HSAF产量，开发基于HSAF的生物农药提供了新思路和途径。

博士生徐高歌（现为农科院助理研究员）为论文的第一作者，钱国良教授和刘凤权研究员为论文的共同通讯作者。美国怀俄明大学Mark Gomelsky教授和台湾中兴大学Shan-Ho Chou教授也参与了部分研究工作。该项研究得到国家自然科学基金，973计划等项目的支持。

据了解，近年来刘凤权、钱国良团队一直从事新型生防细菌溶杆菌代谢产物的基础与应用研究，系统开展了溶杆菌资源挖掘，新型抗菌活性物质鉴定、生物合成途径与遗传调控，代谢产物作用机制、产量提升与生防产品开发应用等方面的研究工作，已在JACS, OL, MM, MPP，AEM，Phytopathology等杂志上发表相关SCI论文30余篇。

点击底部“阅读原文”查看论文原文。