戴雄風、朱曼璐團隊揭示細菌統籌生長調控與環境適應的全新機制

華大在線訊（通訊員 李韌 朱瀟瀟）近日，國際著名學術期刊Nature Communications《自然通訊》（Nature綜合類子刊）發表了我校生命科學學院戴雄風、朱曼璐團隊關于細菌統籌生長調控與環境響應研究方向的最新進展。論文題目為“Plasmid-encoded phosphatase RapP enhances cell growth in non-domesticatedBacillus subtilisstrains”。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，我校為該論文的獨立完成單位。

細菌是大自然設計的一個極其精巧的微型生命系統，這個微型的生命系統可以對外界的各種環境做出極其迅速精細的響應。從整體層面來說，細菌系統最為核心的功能包括兩方面：生長增殖與環境適應。然而由于資源配置的競爭以及生理代謝瓶頸，細菌的生長繁殖與環境適應常常存在全局層面上的權衡問題：細菌中與環境適應密切相關的表型如逆境存活能力、適應波動營養能力、抗生素耐藥性、游動性常常與生長速率存在此消彼長的關系，也是“魚與熊掌不可兼得”的難題。該團隊近期研究工作分別揭示了細菌生長與存活以及適應波動營養能力的權衡關系，然而細菌中是否存在精巧的調控系統幫助自身規避、破解權衡問題依舊模糊不清。

圖示：RapP蛋白幫助芽孢桿菌統籌優化生長調控與環境適應，破解“魚與熊掌不可兼得”難題

在這項最近的研究中，該團隊對枯草芽孢桿菌的生長生理特性進行了全面研究，發現與廣泛使用的枯草芽孢桿菌168菌株相比，祖先菌株（ancestralstrain）NCIB3610菌株在眾多碳源中的生長速率都要顯著高于168菌株。進一步分析表明祖先菌株攜帶的內生質粒pBS32中帶有一個編碼磷酸酶的rapP基因。RapP磷酸酶在指數生長期可以有效阻斷Spo0F-Spo0A逆境響應途徑的滲漏表達，降低細菌在逆境響應途徑中的無用消耗，幫助細菌最大化生長速率（圖A：雙閥水龍頭模型）。另一方面，當細菌進入營養饑餓狀態時，RapP的存在使得祖先菌株可以急劇快速地激活逆境響應途徑，進入環境適應模式（圖B）。因此RapP通路通過精準的適時調控（Just-in-time regulation）幫助細菌實現了在生長調控與環境適應的優化統籌調控，成功破解“魚與熊掌不可兼得”的權衡難題。

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。

附論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53992-x

（審讀人：萬翠紅 徐芬）