《食品科学》：水产品荧光假单胞菌双组分信号转导系统的序列分析和功能预测

荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）是化能异养型的革兰氏阴性菌，呈杆状，无菌毛，有数根极端鞭毛，能分泌黄绿色荧光色素发出荧光，广泛存在于土壤、水生环境和高蛋白高脂肪食品中。其在4 ℃仍能生长繁殖，是引起低温条件下水产品腐败变质的一种优势腐败菌。细菌的双组分信号转导系统（TCS）能够感应环境变化，应对环境变化引起的负面效应，参与调控细菌的趋化性、渗透压、形态分化、营养物质代谢、耐药性等诸多生理过程。

目前，关于假单胞菌属TCS的研究多集中在某个基因上，而缺少对于基因组中所有TCS的全面分析。因此，渤海大学食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心的李秋莹、徐瑾秀、励建荣*等人采用生物信息学方法从全基因组范围预测PF08菌株的TCS基因，将预测到的TCS与假单胞菌属其他模式菌进行比较，并对其结构、功能和进化关系进行分析，以期为进一步探究水产品荧光假单胞菌PF08菌株中TCS对环境适应的调控机制及其致腐机制提供参考。

1、荧光假单胞菌PF08基因组中TCS的鉴定

利用保守结构域HATPase_c（Pfam02518）和Response_reg（Pfam00072）对荧光假单胞菌PF08菌株全基因组中的TCS进行了搜索。结果表明，荧光假单胞菌PF08共有147 个TCS基因，63 个基因编码HK蛋白（38 个经典HK和25 个融合HK），其中32 个经典HK和7 个融合HK与相应RR组成了39 个成对TCS（表1）。

MiST数据库检索到假单胞菌属其他菌株TCS信息，并与荧光假单胞菌PF08菌株在基因组大小、TCS基因数量、HK和RR组成情况进行比较分析（表2）。

2、荧光假单胞菌PF08中HK结构域组成及分类

根据结构域的不同，荧光假单胞菌PF08菌株中的HK可以分为25 种。38 个经典HK分为10 种（图1a），其中17 个HK蛋白含有HAMP、HATPase_c和HisKA 3 个结构域，9 个HK蛋白仅含有HATPase_c和HisKA 2 个结构域，4 个HK蛋白含PAS、HATPase_c和HisKA 3 个结构域，2 个HK蛋白同时含有HAMP、PAS和HATPase_c和HisKA 4 个结构域，其余6 个HK蛋白含有各异的结构域组合。25 个融合HK分为15 种（图1b）。这表明与经典HK相比，融合HK的数目虽少，但其结构域组成及功能更为复杂。

3、荧光假单胞菌PF08中RR结构域组成及分类

RR可以通过与下游基因结合调控基因的表达。利用SMART预测荧光假单胞菌PF08菌株中RR的结构域组成，并对其进行功能预测。根据结构域的差异，PF08菌株中的RR蛋白可以分为15 类（图2），其中含有REC和Trans reg_C结构域的RR蛋白最多，共24 个；其次为含REC和HTH LUXR的蛋白，共19 个，只含REC的蛋白16 个，这3 种蛋白占总RR的70%以上。

4、荧光假单胞菌PF08的HK和RR蛋白进化分析

从进化关系看，HK共分为3 个聚簇（图3a）。融合HK中除AYG07832.1、AYG07961.1、AYG08460.1、AYG08488.1、AYG09609.1和AYG10324.1外，其余19 个融合HK皆位于同一聚簇；除AYG05642.1外，其余经典HK皆位于其余2 个聚簇。这表明典型HK和融合HK的亲缘关系较远，其行使不同的功能。与HK相比，RR在长度和组成上都相对保守。荧光假单胞菌PF08菌株的RR的系统发生树共分为6 个聚簇，含有REC和Trans reg_C结构域的RR白皆位于同一聚簇；除AYG06114.1外，含REC和HTH LUXR的RR蛋白皆位于相邻的2 个聚簇；其他具有相同结构域的蛋白也多位于同一聚簇（图3b）。基因共同聚簇显示了高度同源性，表明这些位于同一聚簇且结构域相同的蛋白可能具有相近的功能。

5、荧光假单胞菌PF08的TCS功能预测

结果可知，荧光假单胞菌PF08中TCS的功能主要包括参与营养元素代谢，如调控海藻酸合成、酸性氨基酸的利用、氮调控、氧化还原反应、磷酸盐调控；参与生物体内物质运输，如柠檬酸转运、C4二羧酸转运、钾镁离子运输；调节细胞形态分化及应对不利环境，如极性鞭毛合成、趋化性、群体感应、渗透压胁迫响应、缺磷响应；与细胞抗性和毒力相关，如铜离子抗性、耐酸和耐药性、多黏菌素抗药性、肠杆菌素依赖性铁获取。其中，由经典HK与相应RR组成的32 对TCS中有23 对的功能作出了预测，而7 对由融合HK组成的TCS只有2 对发现了生物学功能。

结 论

本研究利用生物信息学方法在全基因组范围内系统分析了水产品荧光假单胞菌PF08菌株中TCS的数量、类型及功能。荧光假单胞菌PF08菌株中共存在39 对TCS。虽然系统发育分析表明这些TCS在进化上存在较近的亲缘关系，但它们的结构域组成呈现多样化，是其功能多样化的基础。25 对TCS预测到生物学功能，主要为参与调控营养元素代谢、生物体内物质运输、细胞形态分化、应对不利环境及细胞抗性和毒力等，表明TCS在荧光假单胞菌的生存适应过程中起到至关重要的作用。对于这些TCS在荧光假单胞菌中的调控机制仍需要通过实验进一步验证，特别是尚未获得功能预测的TCS。本研究分析结果为进一步探究荧光假单胞菌生存适应及致腐机制提供了一定的参考，并且TCS可以作为一种有潜力的荧光假单胞菌的新抑制靶点。

本文《水产品荧光假单胞菌双组分信号转导系统的序列分析》来源于《食品科学》2021年42卷22期178-184页，作者：李秋莹，徐瑾秀，张婧阳，孙彤，励建荣，DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200920-257。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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