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为探究黄单胞菌（Xanthomonas）中多功能蛋白作用，研究人员分析 18 种黄单胞菌分泌蛋白组，发现 93 种潜在多功能蛋白，为研究植物 - 病原菌互作提供新视角。
在植物的微观世界里，病原菌与植物之间的 “战争” 时刻都在上演。黄单胞菌作为一类革兰氏阴性 γ - 变形杆菌，能给众多单子叶和双子叶植物带来各种各样的病害，像辣椒和番茄上的细菌性斑点病、十字花科植物的黑腐病、水稻的白叶枯病等，严重影响农作物产量，让农业生产遭受巨大损失。
随着科研的不断深入，科学家们逐渐发现，除了那些传统认知中与致病性和毒力相关的蛋白外，多功能蛋白在病原菌的生存和致病过程中也起着关键作用。多功能蛋白主要分为 moonlighting 蛋白（在不涉及基因融合、剪接变异或翻译后修饰的情况下，能执行多种功能的单个蛋白）和 promiscuous 蛋白（在负责主要功能的活性位点上展现出次要活性，能识别多种底物和 / 或在单个活性位点产生多种产物的酶）。然而，以往对这些多功能蛋白的研究大多是偶然发现的，缺乏系统性的研究方法，尤其是在植物病原菌相关的研究中更是如此。
为了填补这一空白，来自美国加利福尼亚大学、巴西联邦大学欧鲁普雷图分校、巴西圣保罗州立大学等多个机构的研究人员开展了一项系统性的研究。他们以黄单胞菌为研究对象，对 18 种不同黄单胞菌的分泌蛋白组进行了比较分析，旨在找出潜在的多功能蛋白，深入了解它们在植物 - 病原菌互作中的作用机制。该研究成果发表在《Heliyon》杂志上。
研究人员在此次研究中主要运用了以下几种关键技术方法：首先，通过 PubMed 数据库系统检索 2005 - 2021 年间发表的涉及黄单胞菌蛋白质组分析的科学文章，筛选出 18 项关于黄单胞菌分泌蛋白组的研究；然后，从这些研究中获取分泌蛋白及其在基因组中的位点标签信息，利用 KEGG 的直系同源工具和 Blastp 同一性分析对蛋白进行比较；接着，依据 GeneOntology 分类将蛋白分为细胞过程与代谢（CP/M）、毒力与适应（V/A）、膜相关与转运（MA/T）和假设蛋白（HP）四类；之后，借助多种数据库和工具，如 PubMed、MoonProt 3.0、MultitaskProtDB、SignalP 6.0、InterPro 等，对蛋白的多种特性进行分析，包括在其他生物模型中的同源蛋白功能、信号肽和结构域的存在情况、细胞定位等；最后，运用 CLASP 工具预测潜在 promiscuous 蛋白的催化残基，利用 ROBETTA 和 FATCAT 对假设蛋白进行结构预测和分析。
下面来看看具体的研究结果：
- 多任务蛋白的识别：研究人员通过综合分析 18 项黄单胞菌分泌蛋白组研究，发现这些研究共鉴定出的分泌蛋白数量在 4 - 424 之间。经过筛选，确定了 93 种在至少两项研究中出现的蛋白，这些蛋白被认为是潜在的多任务蛋白。
- 功能分类和比较分析：在对这些潜在多任务蛋白进行功能分类时，发现大多数蛋白（67%）属于 CP/M 类别。这一结果很有意思，因为按照常理，这类参与细胞过程和代谢的蛋白通常不应该被分泌出来，所以这暗示着它们可能具有额外的功能，也许与黄单胞菌的致病性和适应性有关。例如，一些参与能量代谢和蛋白质合成的蛋白，像热休克蛋白（DnaK、GroEL、GroES）、延伸因子 Tu（TufA 和 TufB）等，在多个分泌蛋白组中都被频繁检测到。
- 已鉴定的 moonlighting 蛋白的再研究：在黄单胞菌中，一些已被鉴定出具有 moonlighting 功能的蛋白，如与能量代谢和色氨酸代谢相关的蛋白，都与致病性和毒力有着直接或间接的联系，并且它们大多在宿主 - 植物相互作用中发挥着重要作用。
- 选定蛋白的结构和 promiscuity 分析：研究人员挑选了 5 种之前被确定为潜在 moonlighting 蛋白的蛋白质进行深入分析。其中，对 3 种酶（天冬酰胺酶、分支酸变位酶和磷酸烯醇式丙酮酸合酶）的活性位点进行 promiscuity 分析时发现，它们具有与非经典底物结合和催化反应的潜力。例如，天冬酰胺酶除了具有经典的催化位点外，还存在其他潜在的活性位点残基，这表明它可能具有功能 promiscuity，但通过基因敲除实验发现，在测试条件下，它对黄单胞菌的生长和毒力影响不大，可能是其功能被其他蛋白补偿了。
- 假设蛋白的重新注释和结构表征：研究人员还对 3 种在至少两个分泌蛋白组中被鉴定出的假设蛋白（XOO0094、XCC4094 和 XAC0868）进行了重新注释和结构分析。结果发现，XOO0094 编码的蛋白对 III 型分泌系统至关重要；XCC4094 可能是一种膜脂蛋白，与脂质代谢有关；XAC0868 含有特定的结构域，可能在特定的宿主 - 病原菌相互作用中发挥作用，且与柑橘感染的黄单胞菌物种相关。
- 多种生物模型中蛋白 moonlighting 功能的研究：通过对文献的检索，研究人员发现具有 moonlighting 功能的蛋白在不同生物模型中展现出了丰富的功能多样性。例如，热休克蛋白除了帮助蛋白质折叠外，还能作为分泌效应子、膜受体等，参与多种细胞活动。
综合上述研究结果，研究人员通过对 18 种不同黄单胞菌分泌蛋白组的比较分析，成功鉴定出了一系列保守的多任务蛋白，这些蛋白在植物 - 病原菌相互作用中起着基础性的作用。这一研究为深入理解黄单胞菌的致病机制提供了新的视角，也为后续研究这些多功能蛋白的具体功能和开发新的抗菌策略奠定了基础。不过，该研究也存在一定的局限性，比如缺乏对所鉴定的多任务蛋白预测功能的实验验证，酶的 promiscuity 分析也只是基于活性位点残基的保守性进行预测，还需要进一步的实验来确认。未来的研究可以重点开展功能验证实验，如基因敲除研究和蛋白质 - 蛋白质相互作用分析等，以更深入地探索这些多任务蛋白对黄单胞菌毒力和适应性的贡献。
