戴雄風課題組在微生物逆境響應研究領域取得重要進展

華大在線訊（通訊員 朱曼璐）近日，國際著名學術期刊Nature Communications《自然-通訊》發表了生命科學學院戴雄風教授課題組關于微生物逆境響應的最新研究進展，論文題目為“Stringent response ensures the timely adaptation of bacterial growth to nutrient downshift”（ https://www.nature.com/articles/s41467-023-36254-0）。生命科學學院朱曼璐教授為論文第一兼通訊作者，生命科學學院戴雄風教授為論文主要通訊作者，華中師范大學為論文獨立完成單位。

在自然生存環境中，細菌的營養狀態經常處于高度波動中，導致所謂的“盛宴與饑荒循環”（feast and famine cycle），及時適應營養下調對于細菌最大限度地保持種群適合度至關重要。然而，目前關于細菌生長對營養下調的適應性機制理解較少。

在最新的一項研究中，戴雄風教授團隊定量研究了大腸桿菌在經受營養下調過程中的生長動力學。當遭遇突然的營養下調事件時，大腸桿菌需要一定的延滯期才能恢復生長。引人注目的是，relA缺陷型菌株（鳥苷四磷酸嚴謹反應缺陷）在氨基酸營養下調和碳源下調兩種狀態下均表現出比野生型菌株更長的延滯期。該團隊在一種快速生長的海洋細菌——需鈉弧菌（Vibrio natrigens）中也觀察到了類似的現象。

定量蛋白質組學研究表明，上調鳥苷四磷酸可以使得細菌全局蛋白質組資源配置從核糖體合成轉向氨基酸生物合成，進而促進細菌對氨基酸營養下調的生長適應，解釋了relA缺陷型菌株為何較野生型菌株需要更長的延滯期。另一方面，在碳源下調情況下，relA 缺陷型菌株由于缺乏鳥苷四磷酸嚴謹反應，導致轉錄-翻譯發生解偶聯，從而損害了轉錄延伸的持續性進而抑制了相關分解代謝操縱子的及時表達。總體來說，鳥苷四磷酸在細菌細胞生長中的調控作用類似于一枚硬幣的正反面：一方面它是細菌全局生長的抑制因子；另一方面它卻是推動細菌生長適應營養下調的促進因子。這項研究闡明了細菌在營養波動環境下保持適種群合度的重要策略。

該工作得到國家自然科學基金、華中師范大學“桂子學者”計劃、中央高校基本科研業務費的資助。

（審讀人：謝波）

圖1：鳥苷四磷酸是促進細菌適應營養下調的關鍵因子