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生命科学学院戴雄风教授研究组揭示细菌的“平衡艺术”

日期:2023-10-09 作者:朱曼璐 点击量:

华大在线讯(通讯员 朱曼璐)近日,美国科学促进会AAAS旗下著名学术期刊Science Advances《科学-进展》(科学子刊)发表了中国竞彩网生命科学学院戴雄风研究组关于芽孢杆菌如何平衡快速生长与逆境存活的最新研究进展,论文题目为“A fitness trade-off between growth and survival governed by proteome allocation constraints inBacillus subtilis”(https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg9733)。研究组朱曼璐教授为该论文的独立第一作者,戴雄风教授为该论文的独立通讯作者,中国竞彩网为该论文的独立完成单位。

快速地生长增殖是细菌的核心特征。传统观点认为快速生长可以使得细菌种群获得竞争优势,有利于种群适合度;且基因表达调控的一个重要目的即帮助细菌实现生长速率最大化。然而与“生长速率最大化”理论相悖的一个事实是:自然界各种细菌生长速率千差万别,许多细菌天生不追求快生长,因此单一地追求快速生长并不是细菌自然选择的必然结果。

戴雄风团队采用生理生化手段与高通量组学技术,发现枯草芽孢杆菌的资源配置策略并不是单一性地追求生长速率最大化,而是在生长与存活之间保持平衡。该研究发现Spo0A蛋白是枯草芽孢杆菌生长与存活的全局调控因子(图1),如果该基因缺失,芽孢杆菌的生长繁殖能力与长期存活能力出现此消彼长的现象(Trade-off);生长速率显著提高,但长期存活能力会显著降低,长期来看对细菌种群的适合度是不利的。

Spo0A蛋白通过对芽孢杆菌胞内资源配置的调控,帮助芽孢杆菌从全局层面上平衡细菌生长与长期存活

值得一提的是,在今年年初发布的一项围绕大肠杆菌对“由奢入俭”(营养下调)适应机制的成果中(Nature Communications. 2023, 14(1):467),该团队揭示了细菌另外一种“平衡艺术”,发现大肠杆菌可以通过鸟苷四磷酸介导的严谨反应从全局层面上平衡细菌的生长能力与细菌适应营养下调的能力。两项研究揭示了细菌系统的重要顶层设计原理,为未来破译不同细菌之间生长能力差异的内在机制打下了坚实的基础。

该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划(青年科学家项目)、中国竞彩网“学者名师支持计划”以及中央高校基本科研业务费的资助。

(审读人:谢波)