趋化性变异系统Wsp在无鞭毛产酶溶杆菌中通过独特的c-di-GMP信号途径调控HSAF合成的机制研究
批准号:
32072470
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
钱国良
依托单位:
学科分类:
生物防治
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
钱国良
中文摘要
经典的细菌趋化性是指它们借助鞭毛运动,远离有害环境,趋向有利生境的行为。而变异的趋化性系统不再控制细菌的趋化运动,却分化出其他的生物学功能。Wsp是一种典型的趋化性变异系统,它在有鞭毛的细菌中参与生物膜形成。产酶溶杆菌OH11是一种无鞭毛的生防细菌,能外泌一种广谱高效的抗真菌物质HSAF。前期发现,一套完整的Wsp系统在OH11基因组中被保留,并且进化出通过由WspR-CdgL蛋白复合物介导的c-di-GMP信号途径来调控HSAF的合成。其中c-di-GMP是一种核酸类第二信使,而WspR和CdgL分别是c-di-GMP的合成酶和受体蛋白。本项目将阐明WspR-CdgL复合物形成的结构基础;解析WspR-CdgL互作受WspR的磷酸化和c-di-GMP浓度调节的机制;揭示该复合物调控HSAF合成的网络。研究结果有望揭示趋化性变异系统在无鞭毛生防细菌中实现功能与调控方式共进化的新机制。
英文摘要
Flagellated bacteria utilize a well-known chemosensory motility system enabling them to migrate towards a more favorable environment and to escape from undesirable condition. The flagellated bacteria could also design several chemosensory variant systems to regulate cell processes or behaviors other than motility. The Wsp chemosensory signaling is such a typical variant system, by which the flagellated bacteria, i.e. the pathogenic Pseudomonas aeruginosa could control the lifestyle switch from planktonic state to biofilm state to promote infection process. Lysobacter enzymogenes OH11 is a non-flagellated, Gram-negative bacterium with ability to kill crop fungal pathogens via secreting a heat-stable antifungal factor (HSAF) with new chemical structure and mode of action. Although strain OH11 is natively deficient in producing flagellar, it, however, retains a homologous Wsp system in the genome without unknown reason. To our surprise, the eariler findings of this project revealed that the Wsp system in the non-flagellated L. enzymogenes OH11 participated in a unique c-di-GMP signaling pathway comprising a WspR-CdgL binary complex to control the antibiotic HSAF biosynthesis. In this signaling pathway, WspR acted as a diguanylate cyclase responsible for c-di-GMP synthesis that is a ubiquitous dinucleotide second messenger, while CdgL is a c-di-GMP-binding protein required for HSAF production. Based on these discoveries, we aim, with great efforts, to illustrate the structural basis of the WspR-CdgL binding to identify key domains and/or residues of each component required for the binding with its partner. The importance of these identified key domains and/or residues in the HSAF biosynthesis and its operon expression will be investigated accordingly. Moreover, we also aim to explore whether the phosphorylation of WspR would influence its enzymatic activity to lower or promote c-di-GMP synthesis in vitro and in vivo. The effect of the phosphorylation state of WspR and its-derived c-di-GMP amounts on the WspR-CdgL binding and HSAF biosynthesis will be investigated too. Our results will uncover the mechanism by which the Wsp system evolves to regulate the antibiotic HSAF synthesis and thus provide a basis to reveal a function-mechanism co-evolved strategy of this system from flagellated to non-flagellated bacteria. Moreover, molecular modification of the Wsp signaling system to relieve the inhibition of c-di-GMP on HSAF synthesis could facilitate us to enhance HSAF yield, which further benefits the application of HSAF in biocontrol of crop fungal diseases.
Wsp是一种典型的趋化性变异系统。它不再控制细菌的趋化运动,而是分化出其他生物学功能。产酶溶杆菌OH11是一种无鞭毛的生防细菌,能够外泌一种广谱高效的抗真菌物质HSAF。前期的研究发现,OH11基因组中保留了一套完整的Wsp系统,但其功能尚不明确。本项目的研究表明,Wsp系统在产酶溶杆菌中保留了传统控制生物膜的功能,同时分化出调控抗菌物质HSAF合成的新功能。本研究从产酶溶杆菌中鉴定了c-di-GMP的新受体蛋白CdgL,发现CdgL能够与Wsp系统中的WspR(核酸类第二信使c-di-GMP的合成酶)特异性互作。进一步研究显示,这种蛋白互作依赖于WspR的N端REC结构域。WspR的磷酸化减弱了其与CdgL的互作,而c-di-GMP并不影响两者的互作强度,这揭示了Wsp系统通过WspR-CdgL蛋白复合体整合下游c-di-GMP信号,从而实现对HSAF动态调控的机制。.WspR也可以独立于CdgL调控产酶溶杆菌的生物膜形成,这一过程依赖于另一个c-di-GMP受体蛋白Clp。深入研究发现,WspR能够与产酶溶杆菌的DSF群体感应系统的关键组分蛋白RpfG互作,其中RpfG是c-di-GMP的降解酶。尽管RpfG能够调控产酶溶杆菌的生物膜形成,但这一过程并不依赖于RpfG的酶活性。RpfG结合WspR后,可以抑制WspR去合成c-di-GMP,且这一过程同样不依赖于RpfG的酶活性。这表明RpfG可以独立于其c-di-GMP降解酶活性,作为一个适配蛋白来调控WspR的合成酶活性,进而揭示Wsp系统通过动态调控WspR-RpfG蛋白复合物协同调控HSAF合成与生物膜的形成。. 研究成果在本项目的资助下,已在ISME Journal、npj Biofilms and Microbiome等领域的主流期刊上发表SCI论文7篇。
黑龙江三种主要作物的种子内源生防细菌资源及抗菌物质挖掘与应用基础研究
-
批准号:U22A20486
-
项目类别:联合基金项目
-
资助金额:254.00万元
-
批准年份:2022
-
负责人:钱国良
-
依托单位:
产酶溶杆菌中小分子化学信号4-HBA调控抗菌物质HSAF合成的机制研究
-
批准号:31872016
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:60.0万元
-
批准年份:2018
-
负责人:钱国良
-
依托单位:
产酶溶杆菌中一个独特的c-di-GMP代谢基因lchR调控抗菌物质HSAF合成的机制研究
-
批准号:31572046
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:65.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:钱国良
-
依托单位:
产酶溶杆菌中一个新型孤立LuxR蛋白调控抗菌物质HSAF生物合成的分子机制
-
批准号:31371981
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:80.0万元
-
批准年份:2013
-
负责人:钱国良
-
依托单位:
产酶溶杆菌中热稳定抗菌因子HSAF上游调控因子的鉴定与功能解析
-
批准号:31101478
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:24.0万元
-
批准年份:2011
-
负责人:钱国良
-
依托单位:
国内基金
海外基金