c-di-GMP调控大肠杆菌群集运动的关键机制：DgcO介导的胶酸合成及其表面活性作用

本研究揭示了大肠杆菌中第二信使c-di-GMP通过DgcO/DgcM双环化酶调控胶酸（CA）合成的全新机制，首次发现CA兼具表面活性剂特性，破解了Eiken琼脂和葡萄糖依赖的群集运动（swarming）谜题。通过基因表达谱、突变体表型分析和物理化学实验，证实c-di-GMP存在"黄金阈值"——过低抑制多糖合成，过高则通过YcgR抑制鞭毛功能，为细菌运动-生物膜（biofilm）转换提供了精细调控范式。

　　

DgcO在群集运动中的核心作用
研究团队通过RNAseq分析发现，大肠杆菌群集过程中dgcJ、dgcM和dgcO表达显著上调3-8倍。基因敲除实验显示ΔdgcO菌株群集缺陷最显著，其运动停滞表现为"原地打转"而非推进式迁移。有趣的是，回补实验证实c-di-GMP水平存在精确调控窗口——阿拉伯糖诱导的dgcO过表达反而抑制运动，而dgcN的渗漏表达可挽救表型，暗示DgcO通过特定效应分子发挥作用。

c-di-GMP的双相调控
核糖开关传感器测定显示，ΔpdeH突变体在游泳（swim）时c-di-GMP水平激增2.88倍，但群集时仅升高25%，揭示运动模式特异性调控。通过梯度诱导pdeH表达证实，群集运动对c-di-GMP浓度变化极度敏感：10 μM IPTG使c-di-GMP降至WT的67%即导致运动抑制，而游泳运动直至c-di-GMP降至21%才受影响。这种差异源于YcgR介导的鞭毛制动机制在游泳中的主导作用。

胶酸的多重功能验证
转录组学发现wcaJ等CA合成基因在ΔdgcO中表达显著降低。从ΔwaaF突变体（CA过产）提取的粗提物可完全挽救ΔwcaJ菌株的运动缺陷，而ΔwcaJ自身提取物无效。SDS-PAGE银染排除LPS污染可能，接触角实验证实CA使水滴在塑料表面的接触角从78°降至43°，在Eiken琼脂上进一步降至32°，显著低于Fisher琼脂的56°，阐明其通过降低表面张力（surfactant）和亲水性（wetting agent）双途径促进运动。

葡萄糖调控的深层机制
传统认为葡萄糖仅提供能量，但显微观察发现0%葡萄糖条件下细菌仍能原地运动。实验证实1%葡萄糖可使ΔdgcO的CA产量恢复至WT水平，完全挽救群集缺陷，而ΔwcaJ仅轻微改善，说明葡萄糖通过Rcs系统激活CA合成通路。值得注意的是，PGA在干燥条件（1.5小时琼脂干燥）下显示辅助作用，但纤维素（经bcsQ修复验证）对运动无贡献，体现多糖功能的特异性。

生理生态意义
研究颠覆了c-di-GMP仅调控"运动-生物膜"二元转换的经典认知，提出"三模态"理论：低c-di-GMP维持游泳，阈值浓度通过CA促进群集，过高则启动生物膜。这解释了Eiken琼脂的特殊性——其固有表面张力（56°→32°）与CA协同突破运动能垒。对DgcO氧感应结构域的后续研究，或将揭示环境氧分压如何通过heme域精细调控群集启动。