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农业微生物资源团队揭示有益细菌多鞭毛蛋白功能机制

发布者：管理员发布时间：2023-01-15作者：魏海雷来源：微生物资源团队点击量：

近日，中国农科院农业微生物资源团队以土壤有益荧光假单胞菌为对象，系统研究了多鞭毛蛋白在运动性与免疫保护方面功能机制。相关成果以“Duplicated flagellins in Pseudomonas divergently contribute to motility and plant immune elicitation”为题，发表在美国微生物学会著名学术期刊《Microbiology Spectrum》上。

细菌通常存在一套鞭毛系统，具有单个鞭毛蛋白（FliC）。鞭毛蛋白是细菌鞭毛系统丝状结构的主要成分，具有促进细菌运动、趋化和激发宿主免疫的能力。本研究在有益荧光类假单胞菌F113（Pseudomonas kilonensis）中发现了两个同源鞭毛蛋白。那么，同一细菌的多个鞭毛蛋白是如何进化而来、功能上是否在存在冗余？针对这一科学问题，魏海雷研究员团队利用进化分析、遗传学、分子生物学等手段研究发现：FliC-1和FliC-2在进化上是相对独立的；而且FliC-1在鞭毛的形成、细菌的运动性和植物免疫激发上起主导作用（图1）。细菌在培养基和植物定殖两种情况中，fliC-2的转录表达水平均明显低于fliC-1，启动子分析表明fliC-2启动子区σ²⁸结合位点的变异是造成表达水平差异的主要原因。

据报道，Asp¹⁴、Asp¹⁵、Leu¹⁹和Ile²¹是鞭毛短肽Flg22激发植物免疫反应的关键氨基酸残基。在菌株F113中，Flg22-1含有以上4个保守氨基酸，而Flg22-2的Leu19被Gln取代。通过体外合成和检测保守氨基酸肽链Flg22-1和Flg22-2，发现Flg22-1和Flg22-2均具有引起植物免疫的功能（图2），但是Flg22-1诱导的植物免疫反应显著强于Flg22-2（图2 C-E）。值得注意的是，亲和力预测分析表明第19位氨基酸的突变是导致Flg22-2与FLS2/BAK1亲和力降低的重要原因，进而导致免疫激发能力变弱。此外，研究发现含有两个鞭毛蛋白的其它11株假单胞菌中，Flg22-2第19位氨基酸存在同样的变异，说明鞭毛蛋白冗余现象在其功能机制上也具有一定保守性。该成果为进一步理解有益微生物环境适应与进化机制奠定了重要基础。