生命科學學院戴雄風教授研究組揭示細菌的“平衡藝術”

華大在線訊（通訊員 朱曼璐）近日，美國科學促進會AAAS旗下著名學術期刊Science Advances《科學-進展》（科學子刊）發表了我校生命科學學院戴雄風研究組關于芽孢桿菌如何平衡快速生長與逆境存活的最新研究進展，論文題目為“A fitness trade-off between growth and survival governed by proteome allocation constraints inBacillus subtilis”（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg9733）。研究組朱曼璐教授為該論文的獨立第一作者，戴雄風教授為該論文的獨立通訊作者，華中師范大學為該論文的獨立完成單位。

快速地生長增殖是細菌的核心特征。傳統觀點認為快速生長可以使得細菌種群獲得競爭優勢，有利于種群適合度；且基因表達調控的一個重要目的即幫助細菌實現生長速率最大化。然而與“生長速率最大化”理論相悖的一個事實是：自然界各種細菌生長速率千差萬別，許多細菌天生不追求快生長，因此單一地追求快速生長并不是細菌自然選擇的必然結果。

戴雄風團隊采用生理生化手段與高通量組學技術，發現枯草芽孢桿菌的資源配置策略并不是單一性地追求生長速率最大化，而是在生長與存活之間保持平衡。該研究發現Spo0A蛋白是枯草芽孢桿菌生長與存活的全局調控因子（圖1），如果該基因缺失，芽孢桿菌的生長繁殖能力與長期存活能力出現此消彼長的現象（Trade-off）；生長速率顯著提高，但長期存活能力會顯著降低，長期來看對細菌種群的適合度是不利的。

Spo0A蛋白通過對芽孢桿菌胞內資源配置的調控，幫助芽孢桿菌從全局層面上平衡細菌生長與長期存活

值得一提的是，在今年年初發布的一項圍繞大腸桿菌對“由奢入儉”（營養下調）適應機制的成果中（Nature Communications. 2023, 14(1):467），該團隊揭示了細菌另外一種“平衡藝術”，發現大腸桿菌可以通過鳥苷四磷酸介導的嚴謹反應從全局層面上平衡細菌的生長能力與細菌適應營養下調的能力。兩項研究揭示了細菌系統的重要頂層設計原理，為未來破譯不同細菌之間生長能力差異的內在機制打下了堅實的基礎。

該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃（青年科學家項目）、華中師范大學“學者名師支持計劃”以及中央高校基本科研業務費的資助。

（審讀人：謝波）