近日，国际著名学术期刊Nature Communications《自然通讯》（Nature综合类子刊）发表了华中师范大学生命科学学院戴雄风/朱曼璐团队关于细菌统筹生长调控与环境响应研究方向的最新进展，论文题目为“Plasmid-encoded phosphatase RapP enhances cell growth in non-domesticated Bacillus subtilis strains” (https://www.nature.com/articles/s41467-024-53992-x)。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，华中师范大学为该论文的独立完成单位。
细菌是大自然设计的一个极其精巧的微型生命系统，这个微型的生命系统可以对外界的各种环境做出极其迅速精细的响应。从整体层面来说，细菌系统最为核心的功能包括两方面：生长增殖与环境适应。然而由于资源配置的竞争以及生理代谢瓶颈，细菌的生长繁殖与环境适应常常存在全局层面上的权衡问题（见该团队最新理论进展：Nature Communications. 2024, 15(1): 4238）：细菌中与环境适应密切相关的表型如逆境存活能力、适应波动营养能力、抗生素耐药性、游动性常常与生长速率存在此消彼长的关系。也就是“鱼与熊掌不可兼得”的难题。如该团队近期的两项工作（Science Advances. 2023, 9(39): eadg9733; Nature Communications. 2023, 14(1):467）分别揭示了细菌生长与存活以及适应波动营养能力的权衡关系，然而细菌中是否存在精巧的调控系统帮助自身规避、破解权衡问题依旧模糊不清。
在这项最近的研究中，该团队对枯草芽孢杆菌的生长生理特性进行了全面研究，发现与广泛使用的枯草芽孢杆菌168菌株相比，祖先菌株（ancestral strain）NCIB 3610菌株在众多碳源中的生长速率都要显著高于168菌株。进一步分析表明祖先菌株携带的内生质粒pBS32中带有一个编码磷酸酶的rapP基因。RapP磷酸酶在指数生长期可以有效阻断Spo0F-Spo0A逆境响应途径的渗漏表达，降低细菌在逆境响应途径中的无用消耗，帮助细菌最大化生长速率（图A：双阀水龙头模型）。另一方面，当细菌进入营养饥饿状态时，RapP的存在使得祖先菌株可以急剧快速地激活逆境响应途径，进入环境适应模式（图B）。因此RapP通路通过精准的适时调控（Just-in-time regulation）帮助细菌实现了在生长调控与环境适应的优化统筹调控，成功破解“鱼与熊掌不可兼得”的权衡难题。
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）、华中师范大学“学者名师支持计划”以及中央高校基本科研业务费的资助。
图示：RapP蛋白帮助芽孢杆菌统筹优化生长调控与环境适应，破解“鱼与熊掌不可兼得”难题
点分享
点点赞
点在看
