柑橘溃疡病菌聚酮环化酶通过调控III型分泌系统激活影响致病性的机制研究

本研究针对柑橘溃疡病重要病原菌Xanthomonas citri subsp. citri，首次揭示聚酮环化酶(PKC)通过SRPBCC结构域调控III型分泌系统(T3SS)关键基因hrpG/hrpX的表达，影响酮亮氨酸等代谢物合成从而决定致病力的分子机制。研究人员通过Alphafold3结构预测、启动子GUS融合和UHPLC-QE/MS/MS技术，发现环境胁迫诱导的PKC基因缺失会导致T3SS功能丧失，为开发新型抗菌靶点提供理论依据。

　　

柑橘作为全球最重要的经济作物之一，长期受到柑橘溃疡病的严重威胁。这种由Xanthomonas citri subsp. citri引起的细菌性病害，可通过风雨传播在柑橘叶片和果实上形成典型疮痂症状，导致落叶落果和商品价值下降。尽管已知其III型分泌系统(T3SS)效应蛋白PthA4能激活寄主感病基因CsLOB1，但病原菌如何感知环境信号并调控T3SS活化的分子机制仍不清楚。

研究人员通过Alphafold3蛋白结构预测发现，XAC1230编码的聚酮环化酶(PKC)含有三个特征结构域：N端信号肽、中央START/RHO_alpha_C/PITP/Bet_v1/CoxG/CalC（SRPBCC）配体结合域和C端GyrI样小分子结合域。启动子活性分析显示，0.008% SDS胁迫可使PKC表达上调45.6倍，暗示其在环境应激响应中的关键作用。

研究采用的主要技术包括：构建非极性缺失突变体验证基因功能；启动子-GUS融合系统检测基因表达模式；实时定量PCR(qRT-PCR)分析T3SS相关基因转录水平；超高效液相色谱-质谱联用(UHPLC-QE/MS/MS)技术鉴定差异代谢物；以及截短体互补实验确定关键功能域。

PKC结构特征与表达模式

通过多序列比对发现，PKC在14种植物病原性黄单胞菌中保守性超过95%，其GyrI结构域中286位点附近的氨基酸插入形成独特的三角形凸起结构。在柑橘叶片中接种后，PKC启动子活性激增80倍，且CuSO₄和SDS处理分别诱导表达量提升2.2倍和8.4倍，表明该基因受植物微环境和氧化应激调控。

致病性丧失与T3SS调控

缺失突变体在柑橘上完全丧失致病力，且不能诱导非寄主番茄的过敏反应(HR)。XVM2培养基中，突变体的hrpG和hrpX启动子活性分别降低85%和73%，hrpD6/hrcV等T3SS核心基因表达量显著下降。这首次证明PKC通过上调hrpG-hrpX级联通路激活T3SS。

代谢重编程效应

代谢组学分析发现，突变体中酮亮氨酸(ketoleucine)和丙酮氰醇(acetone cyanohydrin)含量显著降低，而d-核糖(d-ribose)、肌酸(creatine)等代谢物升高。KEGG分析显示这些差异物涉及有机氧化合物(C00121)和羧酸衍生物(C00300)合成通路。

SRPBCC结构域的核心作用

截短体互补实验表明，仅表达1-180aaSRPBCC结构域的M_1-180就能部分恢复致病性，而缺失该区域的M_1-100完全无效，证实SRPBCC是PKC行使功能的关键结构域。

该研究揭示了植物病原菌通过PKC感知环境信号，经SRPBCC结构域介导代谢物合成，进而调控T3SS激活的新机制。发现酮亮氨酸等代谢物可能作为T3SS调控的信号分子，为开发阻断病原菌环境适应的新型抗菌剂提供了特异性靶点。研究结果对理解黄单胞菌致病进化具有重要理论价值，论文发表在《BMC Microbiology》。