近日，我校物質科學與信息技術研究院葛宏華教授團隊和蘭州大學何永興教授課題組在細菌代謝協同調控機制研究領域取得新進展，發現了熒光假單胞菌TetR家族的轉錄調節因子PhlH可以響應假單胞菌和植物信號分子協同調控產生多種次級代謝產物。相關成果以“Molecularbasisforcoordinatingsecondarymetaboliteproductionbybacterialandplantsignalingmolecules”為題發表在NatureIndex期刊《JournalofBiologicalChemistry》上。

農業生產中化肥和農藥的大量使用及其在生態系統中的累積嚴重威脅著環境和人類健康，植物根際促生菌(Plantgrowthpromotingrhizobacteria，PGPR)可以在植物根際范圍生存和繁殖，通過多種作用機制拮抗其他微生物菌群（包括植物病原菌）、促進植物生長，因此PGPR作為生防菌在保護作物、促進生長和改善土壤健康等方面起著至關重要的作用，在農業領域的應用潛力逐漸凸顯。假單胞菌屬包含大量的生防菌株，通過產生2,4-二乙酰基間苯三酚（2,4-DAPG）、藤黃綠膿菌素、硝吡咯菌素、根菌素、莫匹羅星、脂肽類物質和鐵載體等多種重要次生代謝物，幫助植物抵抗生物類侵害和非生物脅迫，在農作物土傳病害的生物防治中起著重要作用。眾多次生代謝物的合成會給細菌帶來沉重的代謝負擔，因此如何協調它們的生物合成至關重要。

研究團隊通過蛋白質組學研究，表明熒光假單胞菌PhlH是一種TetR家族的轉錄調節因子，可以協調與多個次級代謝物生物合成相關的酶的表達，包括2,4-DAPG、莫匹羅星和鐵載體。進而解析了apo-PhlH及2,4-DAPG結合PhlH的晶體結構，通過結構分析和一系列生化實驗，闡明了其配體識別和別構調節機制。此外，2,4-DAPG從配體結合域的解離引起PhlH變構從而觸發PhlH二聚體中DNA結合域的“鐘擺狀”運動，導致其DNA結合域封閉到開放的構象轉變引發PhlH從DNA解離，結合分子動力學模擬證實PhlH通過特定的氫鍵相互作用穩定了兩種不同的構象狀態。研究結果不僅揭示了TetR家族調節中變構信號轉導的保守途徑，還為細菌代謝協同調控機制提供了新見解。

圖TetR家族的轉錄調節因子PhlH響應細菌和植物信號分子協同調控分子機制

張楠楠副教授、已畢業碩士生吳謹和蘭州大學博士后張四萍為本文共同第一作者，葛宏華教授、蘭州大學何永興教授為本文的共同通訊作者，安徽大學為第一作者單位。部分實驗得到了王明珠副研究員和中國農業大學張力群教授的支持。該研究工作得到國家自然科學基金（31970103、31971422)和安徽省重點研究計劃（202004a06020035）等項目的資助。