近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院錢(qián)國(guó)良教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Current Biology發(fā)表了題為“Effector-Mediated Transcriptional Rewiring Resolves Interbacterial Conflict Through Conserved c-di-GMP Antagonism”的研究論文。

該研究以生防細(xì)菌產(chǎn)酶溶桿菌（Lysobacter enzymogenes）與防御假單胞菌（Pseudomonas protegens）為模型，首次揭示了一種細(xì)菌解決種間沖突的全新范式——“防御-逃逸”（Defense-Escape）。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌不僅能防御競(jìng)爭(zhēng)者的攻擊，更能通過(guò)轉(zhuǎn)錄重編程，“劫持”敵方的效應(yīng)蛋白作為信號(hào)分子，從而解除自身的運(yùn)動(dòng)抑制，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)突圍。

在《三國(guó)演義》中，諸葛亮利用漫天大霧，將曹軍射來(lái)的箭矢悉數(shù)收納，反為己用。在土壤微生物復(fù)雜的種間博弈中，防御假單胞菌也是一位深諳此道的戰(zhàn)略家。面對(duì)強(qiáng)敵射來(lái)的“利箭”，它沒(méi)有選擇原地死磕，而是上演了一場(chǎng)微觀(guān)世界的“草船借箭”。

故事的另一方是產(chǎn)酶溶桿菌。它雖然沒(méi)有鞭毛，但擅長(zhǎng)使用Ⅳ型分泌系統(tǒng)（T4SS）這一“納米注射器”發(fā)射生化武器。在這場(chǎng)對(duì)決中，產(chǎn)酶溶桿菌向防御假單胞菌發(fā)射了一種名為LtaE的效應(yīng)蛋白。產(chǎn)酶溶桿菌的本意很明確：利用LtaE抑制防御假單胞菌產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，解除防御假單胞菌的武裝，從而讓自己存活下來(lái)。

然而，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)防御假單胞菌接收到LtaE后，并沒(méi)有像預(yù)想中那樣被完全壓制。相反，它的鞭毛基因表達(dá)量激增，游泳速度顯著加快，仿佛瞬間開(kāi)啟了“逃逸模式”。這就像產(chǎn)酶溶桿菌扔過(guò)來(lái)一把鎖，試圖鎖住防御假單胞菌的武器庫(kù)；結(jié)果防御假單胞菌撿起這把鎖，把它當(dāng)成了跑車(chē)的鑰匙，一腳油門(mén)溜之大吉！這種現(xiàn)象被研究團(tuán)隊(duì)定義為一種全新的沖突解決方式——“防御-逃逸”（Defense-Escape）。這讓防御假單胞菌能夠在感知到強(qiáng)敵存在時(shí)，迅速撤離，去尋找新的生存空間，這是一種極具進(jìn)化優(yōu)勢(shì)的策略。

為什么敵人的武器會(huì)變成逃跑的信號(hào)？為了解開(kāi)這個(gè)謎題，研究團(tuán)隊(duì)深入分子層面，揭示了其背后的分子機(jī)制。在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，有一個(gè)著名的“剎車(chē)分子”——c-di-GMP（環(huán)二鳥(niǎo)苷單磷酸）。通常情況下，高濃度的c-di-GMP會(huì)結(jié)合鞭毛合成的總司令蛋白FleQ，形成抑制復(fù)合物。這就好比給賽車(chē)手（FleQ）戴上了手銬，車(chē)子自然動(dòng)不了，細(xì)菌因此處于靜止或生物膜狀態(tài)。

精彩的分子博弈：研究發(fā)現(xiàn)，來(lái)自敵方的效應(yīng)蛋白LtaE，竟然是一個(gè)強(qiáng)力的“劫持者”。通過(guò)AlphaFold3結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和生化實(shí)驗(yàn)（MST、Co-IP等），團(tuán)隊(duì)證實(shí)：LtaE能直接結(jié)合防御假單胞菌體內(nèi)的FleQ，且結(jié)合位置恰好屏蔽了c-di-GMP的結(jié)合位點(diǎn)。這意味著，LtaE強(qiáng)行插足，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制，把FleQ從c-di-GMP的控制下“解救”了出來(lái)。即使在細(xì)胞內(nèi)c-di-GMP濃度很高（本應(yīng)“靜止”）的情況下，只要有LtaE存在，FleQ就能重獲自由，激活鞭毛基因，驅(qū)動(dòng)細(xì)菌逃離危險(xiǎn)區(qū)域。

AlphaFold3預(yù)測(cè)的LtaE與FleQ六聚體的復(fù)合物模型

從對(duì)抗到利用，從靜止到逃逸，這項(xiàng)研究不僅重塑了對(duì)細(xì)菌Ⅳ型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白功能的既有認(rèn)知，也為理解微生物群落的動(dòng)態(tài)演替提供了新的視角。其揭示的微觀(guān)生存哲學(xué)表明：最極致的防御，或許不是筑墻，而是把敵人的“攻城錘”變成自己的“逃生梯”。

這項(xiàng)研究雖然聚焦于微觀(guān)分子的博弈，但其揭示的“防御-逃逸”模式，觸及了生物防治和合成微生物組構(gòu)建的核心難題，為該領(lǐng)域提供了全新的解決思路。

一是化“內(nèi)卷”為“擴(kuò)張”，提升生防菌的根際定殖力。在復(fù)雜的根際土壤中，生防菌往往面臨土著微生物的激烈排擠，導(dǎo)致定殖難、存活率低。傳統(tǒng)的生防思路是讓菌株變得更強(qiáng)壯去硬抗競(jìng)爭(zhēng)。而本研究提供了一種以退為進(jìn)的新策略：防御假單胞菌利用競(jìng)爭(zhēng)者的信號(hào)（LtaE）啟動(dòng)鞭毛，這種“逃逸”在生態(tài)尺度上表現(xiàn)為快速的空間擴(kuò)散。這意味著，研究者可以利用這一機(jī)制，篩選或改造出能感知環(huán)境競(jìng)爭(zhēng)壓力、主動(dòng)向未被占據(jù)的根系生態(tài)位擴(kuò)散的“智能生防菌”。這不僅能規(guī)避惡性“內(nèi)卷”，更能擴(kuò)大生防菌在作物根系的控制范圍，實(shí)現(xiàn)更高效的病害防御。

二是解決“一山難容二虎”，構(gòu)建穩(wěn)定的人工合成菌群。在構(gòu)建復(fù)合生防菌劑（微生物組組裝）時(shí)，強(qiáng)強(qiáng)組合往往因種間拮抗而導(dǎo)致群落崩潰。本研究發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄重編程機(jī)制，實(shí)際上是一種基于信號(hào)交流的沖突解決機(jī)制。研究人員在設(shè)計(jì)合成菌群（SynComs）時(shí)，可以引入信號(hào)-響應(yīng)模塊。讓菌群成員在感知到彼此存在時(shí)，不是相互殺滅，而是通過(guò)啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)或改變代謝及其產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)生態(tài)位的分化與互補(bǔ)。這種基于沖突驅(qū)動(dòng)演化的組裝邏輯，將有助于構(gòu)建結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、功能更持久的抗病型根際微生物組。

三是基于“借力”設(shè)計(jì)，創(chuàng)制環(huán)境響應(yīng)型工程菌。LtaE作為一個(gè)能被劫持的信號(hào)分子，展示了效應(yīng)蛋白的多功能性。未來(lái)可利用合成生物學(xué)手段設(shè)計(jì)LtaE響應(yīng)型作物益生菌。讓生防菌在檢測(cè)到病原菌或競(jìng)爭(zhēng)者的特定信號(hào)時(shí)，精準(zhǔn)啟動(dòng)定殖模式或抗菌模式，從而以最小的代謝代價(jià)換取最大的生防效能。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院博士研究生徐富貴為論文第一作者，錢(qián)國(guó)良教授為論文的通訊作者，鐘山青年研究員王冰鑫為論文的共同通訊作者。論文得到中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)楊新星教授、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)竇道龍教授和艾干博士、浙江大學(xué)王蒙岑教授、蘭州大學(xué)何永興教授、蒙大拿州立大學(xué)閆慶教授的大力幫助。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)、博后面上等項(xiàng)目的資助。

近年來(lái)，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)錢(qián)國(guó)良教授課題組圍繞溶桿菌接觸依賴(lài)型分泌系統(tǒng)開(kāi)展了系列原創(chuàng)性研究。團(tuán)隊(duì)率先揭示了T6SS可通過(guò)分泌核酸酶類(lèi)效應(yīng)蛋白直接抑制絲狀真菌的生長(zhǎng)（Lin et al., PNAS, 2025）；發(fā)現(xiàn)了殺菌型T4SS能轉(zhuǎn)運(yùn)毒性效應(yīng)蛋白抑制病原細(xì)菌，揭示了一種獨(dú)立于次級(jí)代謝產(chǎn)物的生防新途徑（Shen et al., Environ. Microbiol, 2021）；首次報(bào)道了殺菌型T4SS可轉(zhuǎn)運(yùn)非毒性效應(yīng)蛋白LqqE1靶向淬滅病原細(xì)菌的群體感應(yīng)（Liao et al., ISME J, 2023），開(kāi)辟了細(xì)菌生防機(jī)制研究的新方向；闡明了T4SS效應(yīng)蛋白LtaE能夠突破競(jìng)爭(zhēng)者的“雙重防線(xiàn)”并驅(qū)動(dòng)“合作者”的抗菌行為，揭示了復(fù)雜的微生態(tài)互作機(jī)制（Wang et al., ISME J, 2023, 2024）。在此基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)揭示了生防菌如何在復(fù)雜微生態(tài)中利用競(jìng)爭(zhēng)信號(hào)規(guī)避競(jìng)爭(zhēng)、實(shí)現(xiàn)高效擴(kuò)散（Xu et al., Cur. Bio, 2025）。這一系列研究系統(tǒng)揭示了產(chǎn)酶溶桿菌分泌系統(tǒng)從直接殺傷到信號(hào)干擾再到轉(zhuǎn)錄重塑的多維功能演化規(guī)律，為利用微生物互作原理開(kāi)發(fā)新型生物防治技術(shù)提供了新思路。

原文鏈接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(25)01612-4