華大在線訊（通訊員 朱曼璐）近日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications《自然-通訊》發(fā)表了生命科學(xué)學(xué)院戴雄風(fēng)教授課題組關(guān)于微生物逆境響應(yīng)的最新研究進(jìn)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(xué)學(xué)院朱曼璐教授為論文第一兼通訊作者，生命科學(xué)學(xué)院戴雄風(fēng)教授為論文主要通訊作者，華中師范大學(xué)為論文獨(dú)立完成單位。

在自然生存環(huán)境中，細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)經(jīng)常處于高度波動(dòng)中，導(dǎo)致所謂的“盛宴與饑荒循環(huán)”（feast and famine cycle），及時(shí)適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)下調(diào)對(duì)于細(xì)菌最大限度地保持種群適合度至關(guān)重要。然而，目前關(guān)于細(xì)菌生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)下調(diào)的適應(yīng)性機(jī)制理解較少。

在最新的一項(xiàng)研究中，戴雄風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)定量研究了大腸桿菌在經(jīng)受營(yíng)養(yǎng)下調(diào)過(guò)程中的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。當(dāng)遭遇突然的營(yíng)養(yǎng)下調(diào)事件時(shí)，大腸桿菌需要一定的延滯期才能恢復(fù)生長(zhǎng)。引人注目的是，relA缺陷型菌株（鳥(niǎo)苷四磷酸嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)缺陷）在氨基酸營(yíng)養(yǎng)下調(diào)和碳源下調(diào)兩種狀態(tài)下均表現(xiàn)出比野生型菌株更長(zhǎng)的延滯期。該團(tuán)隊(duì)在一種快速生長(zhǎng)的海洋細(xì)菌——需鈉弧菌（Vibrio natrigens）中也觀察到了類(lèi)似的現(xiàn)象。

定量蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明，上調(diào)鳥(niǎo)苷四磷酸可以使得細(xì)菌全局蛋白質(zhì)組資源配置從核糖體合成轉(zhuǎn)向氨基酸生物合成，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)菌對(duì)氨基酸營(yíng)養(yǎng)下調(diào)的生長(zhǎng)適應(yīng)，解釋了relA缺陷型菌株為何較野生型菌株需要更長(zhǎng)的延滯期。另一方面，在碳源下調(diào)情況下，relA 缺陷型菌株由于缺乏鳥(niǎo)苷四磷酸嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄-翻譯發(fā)生解偶聯(lián)，從而損害了轉(zhuǎn)錄延伸的持續(xù)性進(jìn)而抑制了相關(guān)分解代謝操縱子的及時(shí)表達(dá)。總體來(lái)說(shuō)，鳥(niǎo)苷四磷酸在細(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng)中的調(diào)控作用類(lèi)似于一枚硬幣的正反面：一方面它是細(xì)菌全局生長(zhǎng)的抑制因子；另一方面它卻是推動(dòng)細(xì)菌生長(zhǎng)適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)下調(diào)的促進(jìn)因子。這項(xiàng)研究闡明了細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)波動(dòng)環(huán)境下保持適種群合度的重要策略。

該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、華中師范大學(xué)“桂子學(xué)者”計(jì)劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

（審讀人：謝波）

圖1：鳥(niǎo)苷四磷酸是促進(jìn)細(xì)菌適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)下調(diào)的關(guān)鍵因子