南京农业大学院士团队最新《Science》子刊

学术   2025-01-22 23:34   北京  



2025年1月15日,国际高水平期刊Science Advances在线发表了南京农业大学沈其荣院士团队微生态与根际健康实验室(简称LorMe实验室联合北大和苏黎世大学最新研究成果《Siderophore synthetase-receptor gene coevolution reveals habitat- and pathogen-specific bacterial iron interaction networks》,该研究是LorMe青年顾少华博士继2020年发表在Nature Microbiology之后的又一重要突破,揭示了铁载体合成基因与受体基因的协同演化关系,开发出高效预测铁载体介导微生物互作网络的新方法,为解码微生物群落的生态演化机制提供了全新工具和理论基础。

Nature microbiology | 南农揭示根际微生物铁载体介导根际菌群与土传病原青枯菌的相互作用!

铁是微生物生存必需但稀缺的元素。微生物通过铁载体(siderophore)竞争获取铁资源,而这一过程对病原菌的生态适应性、群落动态及其入侵机制具有重要影响。然而,仅靠实验手段难以全面解析铁载体介导的复杂微生物互作网络。为此,研究团队以假单胞菌为模型,结合基因组挖掘与计算建模,成功突破这一技术瓶颈。研究成果揭示了铁载体策略的多样性与功能差异,阐明了铁载体合成和识别基因的“钥匙与锁”协同演化机制,构建了微生物铁载体资源竞争模型。
该研究挖掘了近2000个假单胞菌基因组中铁载体合成基因和识别基因,发现假单胞菌中存在三种铁载体利用策略:“单受体生产者”(自给自足,不占其他菌株便宜);“多受体生产者”(保证只有自己存在于环境中时有独立摄取铁的能力,也能占其他菌株的便宜);“非生产者”(尽占其他菌株便宜)。系统分析铁载体合成和识别基因的协同演化关系,发现两者之间存在“钥匙和锁”的配对关系,进而开发协同演化算法精准预测铁载体介导的微生物互作。构建了迄今为止最大的微生物铁载体互作网络,揭示了病原菌倾向于利用专一的铁载体策略构建“闭合网络”,减少资源共享;而非病原菌则通过多样化策略形成“开放网络”,促进群落多样性和共存。通过铁载体资源竞争模型的构建,进一步发现当病原菌试图侵入菌群时,其成功与否取决于铁载体“钥匙”是否能被现有菌群“锁”所欺骗或利用。
该研究首次从基因组序列层面提出了解析铁载体介导微生物互作网络的创新方法,为微生物群落生态研究和次级代谢物功能解析提供了重要工具。未来,可将该方法拓展至多样化的微生物组研究,助力精准调控微生态和靶向消减病原菌,为一体化健康发展提供科学支撑。



该工作的第一作者为北京大学定量生物学中心/北大-清华生命科学联合中心的博士后顾少华(2020年南农LorMe实验室毕业生),通讯作者为南京农业大学的韦中教授,苏黎世大学定量生物医学系Rolf Kümmerli教授,和定量生物学中心/北大-清华生命科学联合中心李志远研究员。相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和博士后创新人才支持计划的资助。


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