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为探究 c-di-GMP 介导的假单胞菌（Pseudomonas lurida）MYb11 与秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）共生的分子机制，研究人员结合转录组和功能遗传学分析展开研究。结果发现 pelD 基因是 c-di-GMP 下游关键调节因子，影响共生适应性和生物膜形成，为理解微生物 - 宿主共生提供新视角。
在神秘的微观世界里，微生物与宿主之间的互动关系复杂而微妙，就像一场精密的 “共生之舞”。近年来，科学家们对微生物与宿主的关联及微生物组的功能愈发关注。像费氏弧菌（Vibrio fischeri）与夏威夷短尾乌贼，费氏弧菌能为乌贼提供生物发光功能，帮助其在夜间隐藏，作为回报，乌贼为细菌提供生存空间和营养 。还有秀丽隐杆线虫和它的微生物组成员假单胞菌 MYb11，MYb11 能保护线虫免受苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）感染，还影响线虫早期繁殖。
然而，在这场 “共生之舞” 背后，分子机制仍迷雾重重。尤其是 3’,5’- 环二鸟苷酸（c-di-GMP）这个细菌第二信使，它在生物膜形成、细菌黏附、运动等过程中发挥重要作用，影响着微生物在宿主中的生存和适应 。虽然已知 c-di-GMP 在一些共生关系中至关重要，但在假单胞菌 MYb11 与秀丽隐杆线虫的共生中，c-di-GMP 下游的作用靶点并不清楚。
为了揭开这层神秘面纱，德国基尔大学（University of Kiel）等机构的研究人员展开了深入研究。他们发现，在假单胞菌 MYb11 的宿主适应性进化过程中，c-di-GMP 水平升高，且 wspE、wspF 和 rph 基因发生突变 。在此基础上，研究人员通过一系列实验，确定了 pelD 基因在 c-di-GMP 介导的宿主适应性中发挥关键作用。这一研究成果发表在《BMC Microbiology》上，为理解微生物与宿主共生的分子机制提供了重要线索。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是 RNA 测序（RNA-Seq）技术，通过对不同培养环境下的祖先型和宿主适应型 MYb11 进行 RNA 测序，分析基因表达差异；其次是基因敲除技术，构建候选基因敲除突变体，探究基因功能；最后利用生物膜形成实验和细菌在宿主体内的持续生存实验，评估突变体的表型变化。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 转录组分析：对祖先型和三种宿主适应型 MYb11 突变体在不同培养环境下进行转录组分析，主成分分析（PCA）显示，72% 的变异可由不同培养环境解释，5.7% 可由样本基因组背景解释 。基因集富集分析（GSEA）发现，在液体环境下，与细胞黏附、鞭毛功能相关的基因显著富集；在固体环境下，只有藻酸生物合成相关基因显著富集 。这表明宿主适应型 MYb11 在基因表达上，与细胞黏附、鞭毛功能和生物膜形成相关的基因存在差异，这些基因可能是 c-di-GMP 的下游靶点。
- 基因功能验证：研究人员选取了 fimA、fimD、azu、fliM、fliN、algD、alg44 和 pelD 等多个候选基因进行基因敲除实验。在与祖先型 MYb11 的竞争实验中，除了 ΔpelD 和 ΔpelDΔfimD 突变体，其他突变体都保持了较高的竞争适应性 。在生物膜形成实验中，只有 ΔpelD 和 ΔpelDΔfimD 突变体的生物膜形成能力显著下降 。这说明在这些候选基因中，只有 pelD 基因的缺失会影响宿主适应型 MYb11 的竞争适应性和生物膜形成能力。
- pelD 基因的重要性：综合上述实验结果，pelD 基因对于宿主适应型 MYb11 在宿主体内的竞争适应性、细菌总数以及生物膜形成都至关重要 。这表明 c-di-GMP 介导的宿主适应性增强和生物膜形成，高度依赖于功能正常的 pel 基因簇和 Pel 多糖。
研究结论和讨论部分指出，pelD 是 c-di-GMP 介导的假单胞菌 MYb11 与秀丽隐杆线虫共生中一个此前未知的关键调节因子 。PelD 通过调节 Pel 多糖的合成，影响细菌在宿主体内的竞争适应性和生物膜形成能力。虽然转录组分析中发现的其他基因可能也与 c-di-GMP 介导的变化有关，但至少在单基因层面，它们的作用相对较小。此外，研究还发现，其他上调基因对宿主关联没有影响，可能是由于基因组冗余，或者这些基因在自由生活环境中发挥更重要的作用 。这项研究拓展了人们对 c-di-GMP 驱动的共生细菌宿主适应机制的理解，揭示了 Pel 多糖在有益宿主 - 微生物共生中的作用，为深入研究微生物与宿主的共生关系奠定了基础。
