摘要

先前的研究表明，双环鸟苷二磷酸酯（bis-3',5'-c-di-GMP）是细菌中广泛存在的第二信使。在这里，我们报告称2',3'-环状鸟苷酸（2',3'-cGMP）通过转录调节因子RSp0980控制Ralstonia solanacearum的重要生物学功能、群体感应（QS）信号系统和毒力。这一信号特异性地高亲和力地与RSp0980结合，从而消除了RSp0980与目标基因启动子之间的相互作用。通过框内删除含有进化的GGDEF结构域且带有LLARLGGDQF基序的RSp0334基因，这一基因必须催化2',3'-cGMP转化为（2',5'）（3',5'）-环状鸟苷二磷酸酯（2',3'-c-di-GMP），这改变了通过增加细胞内2',3'-cGMP水平的上述重要表型。此外，我们发现2',3'-cGMP及其受体和带有LLARLGGDEF基序的进化GGDEF结构域也存在于人类病原体Salmonella typhimurium中。总的来说，我们的研究提供了关于RSp0334中GGDEF结构域的不寻常功能以及2',3'-cGMP信号在细菌中的特殊调节机制的洞见。

RSp0334 控制 Ralstonia solanacearum 中的重要生物学功能

RSp0334 蛋白含有一个特异的LLARLGGDQF基序，这一基序是其催化2',3'-cGMP转化为(2',5')(3',5')-环状鸟苷二磷酸酯（2',3'-c-di-GMP）的必要条件。通过这一催化作用，RSp0334 影响细胞内2',3'-cGMP的水平。RSp0334 的突变或缺失影响了细菌的多种表型，包括其生物膜形成能力、运动性以及病原性，这表明它在细菌生理过程中扮演着核心角色。缺失RSp0334基因的细菌株表现出生物膜形成能力和细菌运动性的显著降低，这表明RSp0334在这些生理过程中发挥关键调控作用。RSp0334对Ralstonia solanacearum的群体感应信号系统也有直接的调控作用。群体感应系统是细菌用于感知细胞密度并协调群体行为的一种机制，RSp0334的作用可能影响了这一系统的信号分子的产生和释放。RSp0334的功能不仅限于调控生物膜形成和运动性，还包括对细菌的病原性有显著影响。缺失或功能受损的RSp0334会降低细菌对植物宿主的感染能力，减轻由该细菌引起的植物疾病的严重程度。

RSp0334在Ralstonia solanacearum中内2′,3′-cGMP水平的负向控制

RSp0334蛋白通过其特有的GGDEF结构域（带有LLARLGGDQF基序），负向调控细胞内2',3'-cGMP的水平。具体而言，RSp0334能催化2',3'-cGMP转化为2',3'-c-di-GMP，从而降低了2',3'-cGMP的浓度。通过在内敲除RSp0334基因，研究表明细菌细胞内的2',3'-cGMP水平会显著升高。这表明在野生型细菌中，RSp0334通过其酶活性维持较低的2',3'-cGMP水平。RSp0334通过控制2',3'-cGMP的水平间接影响了Ralstonia solanacearum的多种生理和病理过程，包括影响其生物膜的形成、运动性和群体感应能力等。因为2',3'-cGMP本身是一个重要的细胞内信号分子，对细菌的生理状态和环境响应有着重要的调节作用。由于2',3'-cGMP参与调控细菌的病原性相关因子的表达，RSp0334通过调节该信号分子的水平可能间接控制了细菌对宿主的感染能力。

LLARLGGDQF基序催化2′,3′-cGMP转化为2′,3′-c-di-GMP

LLARLGGDQF基序是RSp0334蛋白中一个特定的序列，存在于其GGDEF结构域内。该基序赋予RSp0334蛋白催化2',3'-cGMP转化为2',3'-c-di-GMP的能力。RSp0334有助于调节细菌内部的2',3'-cGMP和2',3'-c-di-GMP的平衡，这对Ralstonia solanacearum的生物膜形成、运动性、毒力表达及群体感应等生理过程具有重要影响

RSp0980通过直接结合到启动子区域调控目标基因表达

RSp0980可能会促进或抑制RNA聚合酶对这些启动子的识别，从而增强或降低目标基因的表达。使用电泳迁移率变化分析（EMSA）来证明RSp0980与特定DNA启动子的直接相互作用。通过标记的启动子探针和纯化的RSp0980蛋白进行实验，观察蛋白-DNA复合体的形成情况。

RSp0980信号系统控制Ralstonia solanacearum的致病性和多个基因的表达

Sp0334/2′,3′-cGMP/RSp0980信号系统控制Ralstonia solanacearum的致病性和多个基因的表达。这个信号系统包括了RSp0334酶，它通过特定的基序催化2′,3′-cGMP转化为2′,3′-c-di-GMP，进而影响细胞内的2′,3′-cGMP水平。2′,3′-cGMP与转录调控因子RSp0980结合，这种结合高度特异性，并影响RSp0980与目标基因启动子的相互作用，进而调控这些基因的表达。这一过程对细菌的致病性特征，如生物膜形成、运动性和毒力等，有直接的影响。通过实验验证，研究表明RSp0980的删除或功能缺失会导致类似的表型变化，这进一步证实了这一信号系统在Ralstonia solanacearum中的核心调控作用。