生命科學(xué)學(xué)院戴雄風(fēng)教授研究組揭示細(xì)菌的“平衡藝術(shù)”

華大在線訊（通訊員 朱曼璐）近日，美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)AAAS旗下著名學(xué)術(shù)期刊Science Advances《科學(xué)-進(jìn)展》（科學(xué)子刊）發(fā)表了我校生命科學(xué)學(xué)院戴雄風(fēng)研究組關(guān)于芽孢桿菌如何平衡快速生長與逆境存活的最新研究進(jìn)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(dú)立第一作者，戴雄風(fēng)教授為該論文的獨(dú)立通訊作者，華中師范大學(xué)為該論文的獨(dú)立完成單位。

快速地生長增殖是細(xì)菌的核心特征。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為快速生長可以使得細(xì)菌種群獲得競爭優(yōu)勢，有利于種群適合度；且基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)重要目的即幫助細(xì)菌實(shí)現(xiàn)生長速率最大化。然而與“生長速率最大化”理論相悖的一個(gè)事實(shí)是：自然界各種細(xì)菌生長速率千差萬別，許多細(xì)菌天生不追求快生長，因此單一地追求快速生長并不是細(xì)菌自然選擇的必然結(jié)果。

戴雄風(fēng)團(tuán)隊(duì)采用生理生化手段與高通量組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)Spo0A蛋白是枯草芽孢桿菌生長與存活的全局調(diào)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(xiàn)此消彼長的現(xiàn)象（Trade-off）；生長速率顯著提高，但長期存活能力會(huì)顯著降低，長期來看對細(xì)菌種群的適合度是不利的。

Spo0A蛋白通過對芽孢桿菌胞內(nèi)資源配置的調(diào)控，幫助芽孢桿菌從全局層面上平衡細(xì)菌生長與長期存活

值得一提的是，在今年年初發(fā)布的一項(xiàng)圍繞大腸桿菌對“由奢入儉”（營養(yǎng)下調(diào)）適應(yīng)機(jī)制的成果中（Nature Communications. 2023, 14(1):467），該團(tuán)隊(duì)揭示了細(xì)菌另外一種“平衡藝術(shù)”，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌可以通過鳥苷四磷酸介導(dǎo)的嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)從全局層面上平衡細(xì)菌的生長能力與細(xì)菌適應(yīng)營養(yǎng)下調(diào)的能力。兩項(xiàng)研究揭示了細(xì)菌系統(tǒng)的重要頂層設(shè)計(jì)原理，為未來破譯不同細(xì)菌之間生長能力差異的內(nèi)在機(jī)制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（青年科學(xué)家項(xiàng)目）、華中師范大學(xué)“學(xué)者名師支持計(jì)劃”以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

（審讀人：謝波）