CTP结合基序对天蓝色链霉菌ParB蛋白与DNA互作、染色体分离及产孢菌丝生长的调控机制

本研究针对土壤放线菌天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)染色体分配系统ParABS中ParB蛋白的功能机制展开。研究人员通过构建GERR基序突变体，结合BLI、EMSA、SIM显微成像等技术，首次证实CTP结合与水解通过调控ParB-parS复合物动态影响segrosome(分离体)组装，进而协调多基因组菌丝的孢子形成过程。该发现为理解丝状细菌发育与染色体分配的分子耦合提供了新视角，发表于《Nucleic Acids Research》。

　　

在土壤微生物王国中，天蓝色链霉菌以其复杂的生命周期独树一帜。这种多基因组的丝状细菌在营养匮乏时会启动精妙的发育程序——菌丝顶端分化出成串的孢子，每个孢子包裹着高度压缩的染色体副本。然而，这个看似优雅的过程背后隐藏着关键科学谜题：数十个染色体拷贝如何被精确分配到微小孢子中？传统模型认为ParABS系统是细菌染色体分离的"分子分拣机"，但丝状放线菌中这套系统如何协调孢子发育仍知之甚少。

波兰弗罗茨瓦夫大学的研究团队将目光聚焦于ParB蛋白的CTP结合基序。与普通细菌不同，天蓝色链霉菌的ParB需要管理散布在染色体上的24个parS位点，并在孢子形成期将这些位点组织成动态的segrosome复合体。研究人员通过构建GERR基序突变体（G140S、R142A等），结合生物层干涉仪(BLI)、电泳迁移率变动分析(EMSA)、结构照明显微镜(SIM)等技术体系，揭示了CTP结合对ParB功能的精细调控。

关键技术方法
研究采用BLI定量分析ParB与双端固定DNA的CTP依赖性积累；通过TNP-CTP荧光结合实验和CTPase活性检测验证核苷酸结合特性；利用SIM三维重建技术解析体内segrosome复合体的体积与强度；采用细菌双杂交系统(BACTH)和戊二醛交联评估蛋白二聚化能力；构建EGFP标记的工程菌株观察孢子形成期染色体分离表型。

CTP结合与水解受ScParB-parS互作调控
研究发现野生型ScParB的CTP结合能力在parS存在时增强1.2倍，CTP水解速率提升至71.1±6 Pi/h。GERR基序突变体虽保留parS结合能力，但完全丧失CTP结合与水解活性，证实该基序是核苷酸识别的关键开关。

CTP不参与初始parS识别但促进DNA积累
EMSA和BLI显示ScParB与parS的初始结合（K_d=271±14 nM）不依赖CTP。但当DNA双端固定时，1 mM CTP可使ScParB积累量增加3倍，且该效应具有核苷酸特异性（仅CTP有效）。

GERR突变影响体内segrosome组装
SIM三维分析显示野生型ScParB-EGFP形成体积达0.17 μm³的荧光焦点，而G140S突变体焦点体积缩小57%（0.029 μm³）。R142A突变导致焦点随机分布，提示CTP结合缺陷破坏复合体空间组织。

孢子发育与染色体分离异常
产孢菌丝分析表明G140S突变使无核孢子比例升至7.6%（野生型3.4%），菌丝长度缩短30%。引人注目的是R142A双突变引发相反表型——菌丝异常伸长42.1±14.6 μm，揭示CTP结合状态与菌丝发育存在复杂关联。

这项研究首次系统阐释了放线菌ParB通过GERR基序感知CTP分子状态，进而调控segrosome组装精度的分子机制。特别重要的是，发现CTP结合缺陷不仅破坏染色体分离，还会通过未知途径影响菌丝极性生长，暗示ParB可能整合代谢信号（CTP水平）与发育程序。该成果为理解丝状细菌多基因组协调分配提供了新范式，其揭示的ParB分子开关机制或成为干预放线菌次级代谢的新靶点。