华中农业大学蛋白质科学研究团队阐述了噬菌体裂解溶原决定的新型调控机制

12月6日，Cell Reports杂志在线发表了华中农业大学农业微生物学国家重点实验室、湖北洪山实验室蛋白质科学研究团队的研究论文，题为“Bacterial MazF/MazE toxin-antitoxin suppresses lytic propagation of arbitrium-containing phages”，该研究阐述了噬菌体裂解溶原决定的新型调控机制。

噬菌体是地球上丰度最高的生物体。40~50%的细菌基因组上携带噬菌体DNA，以溶原菌的形式存在。噬菌体裂解溶原转换可以改变宿主细菌的表型和生理特性，影响细菌的代谢、毒力和抗生素抗性等。

近年来，在噬菌体中鉴定出类似细菌群体感应的信息交流系统，调控其生命周期。噬菌体感染宿主细胞后，分泌信号短肽至胞外，短肽积累到一定浓度时，进入胞内与受体结合，促进噬菌体从裂解向溶原状态转换。这是第一个在病毒中被发现的信号交流系统，称为“arbitrium”系统，在芽胞杆菌噬菌体或细菌移动元件中广泛存在。然而，信号短肽与受体结合后，如何在噬菌体溶原决定中发挥作用，下游的信号通路和分子机理尚不清楚。

图 信号短肽调控噬菌体裂解溶原决定的信号通路

作者通过RNA-seq鉴定在噬菌体感染细菌过程中信号短肽促进下游一个基因簇的表达，进一步确定yopM基因抑制噬菌体的裂解周期，yopR基因促进溶原的发生。结合质谱分析，发现噬菌体YopM蛋白可以靶向宿主细菌毒素-抗毒素MazEF系统，通过竞争性结合抗毒素MazE，促进毒素MazF核酸酶对RNA的降解。作者证明，在信号短肽作用下，细菌MazEF复合物引起噬菌体的流产感染，引起细菌死亡，抑制噬菌体裂解途径，这种机制在SPbeta类噬菌体中是保守存在的。以上研究结果鉴定了噬菌体信号分子调控其生命周期的关键基因，也是首次发现噬菌体蛋白可以激活细菌的毒素-抗毒素系统，为理解细菌-噬菌体共同生存和进化提供了新的见解。

课题组围绕“噬菌体与宿主互作及信号调控”，研究信号短肽调控噬菌体生命周期的工作模型（Nature Microbiology，2018；Cell Discovery，2019）和细菌抵抗噬菌体感染的分子机制（Nature Microbiology，2022）。本项工作阐明信号短肽调控噬菌体溶原决定的信号通路，是聚焦噬菌体信号交流系统的又一突破。

我校博士生崔勇青、硕士生苏香和王晨博士为该论文的共同第一作者，生命科学技术学院邹婷婷副教授为该论文的通讯作者，我校孙明教授参与本项研究工作。校级蛋白质平台和农业微生物学国家重点实验室公共技术平台为本项工作提供了技术支撑。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和湖北洪山实验室重点基金等项目的支持。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)01635-7

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https://www.nature.com/articles/s41564-018-0239-y

https://www.nature.com/articles/s41421-019-0101-2/

来源：华中农业大学南湖新闻网

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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