GacA利用两种不同的调控机制来控制假单胞菌Pseudomonas protegens Pf-5中2,4-二乙酰荧光苷醇的生物合成过程

《Applied and Environmental Microbiology》：GacA uses two distinct regulatory mechanisms to control the biosynthesis of 2,4-diacetylphloroglucinol in Pseudomonas protegens Pf-5

研究显示，Pseudomonas protegens Pf-5的ΔgacA突变体通过外源补充前体物质Phloroglucinol（PG）或与产PG的细菌互作可恢复DAPG合成，从而在温室盆栽试验中有效控制豌豆Aphanomyces root rot。GacA通过转录调控phlD基因和转录后调控phlA基因的双向机制调控DAPG生物合成，且phlD具有独立启动子。该发现为优化产DAPG有益菌的田间应用提供了新策略。

　　植物有益细菌在植物病害控制中发挥着重要作用，其中许多菌株能够合成抗生素以抑制病原体。2,4-二乙酰基菲洛咕啉（DAPG）是一种由多种植物相关有益细菌属Pseudomonas产生的广谱抗菌物质，能够有效控制多种植物病原体，包括细菌、真菌和卵菌。DAPG的生物合成受到GacA/GacS双组分调控系统的激活，这一系统在调控抗生素生产方面具有重要作用。本文研究了Pseudomonas protegens Pf-5中ΔgacA突变株对豌豆根腐病的控制效果，发现即使缺乏GacA，该突变株仍能通过DAPG依赖的方式控制病害。这表明Gac-Rsm信号级联在调控DAPG生物合成方面存在复杂的机制。

研究发现，ΔgacA突变株的DAPG生产能力可以通过添加外源性的菲洛咕啉（PG）或与PG生产菌共同培养来恢复。这提示我们，GacA可能通过不同的机制调控DAPG生物合成的两个核心基因phlA和phlD。具体而言，GacA通过调控phlA的转录后表达，而phlD的表达则可能通过其自身的启动子调控。这些发现不仅揭示了Gac-Rsm调控系统在次级代谢产物合成中的新层次，也为提高DAPG生产菌在田间病害控制中的稳定性和有效性提供了新的思路。

进一步的研究表明，phlD基因具有独立的启动子，其表达受到GacA的正向调控。通过构建荧光蛋白报告系统，研究人员验证了这一调控机制。在没有GacA的情况下，phlD的启动子活性显著降低，表明GacA在转录水平上对phlD的表达具有关键作用。此外，研究还发现RsmE蛋白能够直接结合phlA的前导mRNA，从而在转录后水平上抑制其表达。然而，RsmE与phlD前导mRNA的结合并未检测到，说明GacA对phlD的调控可能与RsmE无关。

研究还探讨了土壤微生物相互作用对ΔgacA突变株DAPG生产能力的影响。通过与PG生产菌的共培养，ΔgacA突变株能够恢复DAPG的合成，这表明微生物之间的代谢交叉喂养在调控抗生素生产中可能起到重要作用。此外，研究发现土壤环境中的PG可能来源于微生物、植物根系分泌物或化学物质，这为在田间环境中利用PG补充来提高有益菌的病害控制能力提供了理论依据。

该研究还强调了GacA突变株在土壤中的病害控制潜力。尽管ΔgacA突变株在实验室条件下无法合成DAPG，但在土壤中，其病害控制效果仍然显著。这表明土壤环境可能提供了必要的PG来源，使得突变株能够恢复其抗菌活性。这一现象对于理解有益细菌在自然环境中的功能具有重要意义，并可能为农业实践中利用有益菌株控制病害提供新的策略。

研究结果还揭示了不同Pseudomonas菌株在调控DAPG生物合成方面的差异。例如，P. protegens Pf-5和P. corrugata组的菌株在调控phlD基因表达方面存在不同的机制。这些差异可能影响它们在不同环境条件下的病害控制效果。因此，进一步研究不同菌株的调控机制，有助于更有效地利用这些细菌进行病害管理。

通过构建报告系统和使用HPLC分析，研究人员能够准确地检测DAPG的产量，并验证不同条件下的合成能力。这些方法不仅为抗生素合成的研究提供了技术手段，也为其他天然产物的生物合成调控研究提供了参考。此外，AlphaScreen实验结果显示RsmE与phlA前导mRNA的结合能力，但与phlD前导mRNA的结合未被检测到，进一步支持了GacA通过不同机制调控这两个基因的观点。

研究还探讨了土壤系统对有益细菌功能的影响。尽管ΔgacA突变株在实验室中无法合成DAPG，但在土壤中，其病害控制效果仍然显著。这表明土壤中的某些因素可能补偿了GacA的缺失，从而使得突变株能够恢复其抗菌活性。这一发现对于理解有益细菌在自然环境中的适应性和功能具有重要意义，并可能为开发更稳定的生物防治策略提供新的思路。

综上所述，该研究揭示了Gac-Rsm调控系统在调控DAPG生物合成中的复杂性。通过不同的机制，GacA能够激活phlA和phlD的表达，从而促进DAPG的合成。这些发现不仅加深了我们对植物有益细菌抗生素调控机制的理解，也为提高其在田间应用中的稳定性和有效性提供了理论基础。未来的研究可以进一步探索这些调控机制的具体细节，并评估在实际农业应用中如何利用这些知识来增强有益细菌的病害控制能力。