编辑推荐：
为解决土壤盐渍化地区植物保护问题，研究人员开展 Stutzerimonas stutzeri MJL19 生物膜形成及盐适应遗传机制研究，发现 GacS/GacA 系统调控胞外多糖（EPS）合成与 c-di-GMP 水平，揭示其在盐胁迫下的适应机制，具农业应用潜力。
在全球土壤盐渍化日益严重的背景下，如何提高植物在盐胁迫环境下的生存能力成为农业领域的重要课题。微生物在植物根际的定殖能力和对盐胁迫的适应性是影响植物生长的关键因素之一，而生物膜的形成是微生物在复杂环境中生存和发挥功能的重要策略。然而，对于植物有益菌 Stutzerimonas stutzeri MJL19 形成生物膜的分子机制及其与盐适应的关联，此前的研究尚不深入。为了揭示这些机制，西班牙高等科学研究理事会（CSIC）的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Applied Microbiology and Biotechnology》上，为理解微生物在盐胁迫下的生存策略及农业应用提供了新视角。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用 PacBio 进行全基因组测序，结合 Illumina 数据完成基因组组装和注释；通过随机转座子诱变（miniTn5 [Km1] 和 miniTn5 [Sm/Sp]）筛选突变体；运用实时定量 PCR（qRT-PCR）分析基因表达；借助基于荧光的生物传感器（pCdrA-oriT）和液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）检测环二鸟苷酸（c-di-GMP）水平；通过生物膜形成实验、运动性分析和刚果红结合实验等表型分析方法，研究突变体的功能变化。
完整基因组组装与生物膜相关基因鉴定
通过 PacBio 测序和混合组装策略，获得了 S. stutzeri MJL19 的完整基因组序列，大小为 4.57 Mbp，包含 4277 个基因。基因组分析发现两个与胞外多糖（EPS）合成相关的基因簇：编码细菌纤维素的 bcs 簇和物种特异性的 sea 簇。随机转座子诱变筛选到一个 gacS 基因突变体，该突变体丧失了野生型的皱缩菌落形态，表明 GacS 双组分系统（GacS/GacA）可能在生物膜形成中起关键作用。
突变体表型分析与 EPS 基因调控
对 Δsea、Δbcs 及双突变体 Δsea-Δbcs 的表型分析显示，Δsea 突变体在玻璃表面的生物膜形成显著减少，而 Δbcs 突变体在木质表面的生物膜形成略有增加，表明两种 EPS 在不同表面的定殖中具有不同功能。qRT-PCR 结果显示，seaA 和 bcsE 的表达在 Δbcs 和 Δsea 突变体中呈现补偿性上调，表明两者的表达存在相互调控。gacS::Km 突变体中 seaA 和 bcsE 的表达显著下调，证实 GacS/GacA 系统正调控这两个 EPS 基因簇的表达。
GacS 对 c-di-GMP 水平及盐胁迫响应的调控
利用 pCdrA-oriT 生物传感器检测发现，gacS::Km 突变体的 c-di-GMP 水平显著降低，且在高盐（NaCl）浓度下，野生型的 c-di-GMP 水平随盐浓度升高而增加，而 gacS::Km 突变体丧失了这种响应能力，表明 GacS 是盐胁迫下 c-di-GMP 信号调控的关键因子。此外，Δsea 和 Δbcs 突变体在不同培养基中表现出不同的 c-di-GMP 水平变化，暗示 EPS 合成与 c-di-GMP 周转之间存在复杂的相互作用。
其他调控因子的鉴定
通过第二轮随机转座子诱变，在 Δsea 突变体中筛选到两个影响 c-di-GMP 水平的新基因：编码过氧化氢酶 HP-II 的 katE 和编码脂磷壁酸合酶家族蛋白的 lsfS。katE 突变导致 c-di-GMP 水平显著降低，生物膜形成受损；而 lsfS 突变则导致 c-di-GMP 水平升高，玻璃表面生物膜增厚。这表明氧化应激和细胞壁相关成分可能通过调节 c-di-GMP 参与生物膜形成和盐胁迫响应。
研究结论与意义
本研究揭示了 S. stutzeri MJL19 生物膜形成和盐适应的遗传基础。GacS/GacA 双组分系统通过调控 EPS 合成基因（bcs 和 sea）和 c-di-GMP 水平，协调细菌在不同表面的定殖和对盐胁迫的适应。此外，katE 和 lsfS 等新发现的调控因子进一步扩展了 c-di-GMP 信号网络的复杂性。这些结果不仅加深了对 Stutzerimonas 属细菌生物膜形成机制的理解，也为开发耐盐微生物菌剂用于盐渍化土壤中的植物保护提供了理论依据和潜在靶点。未来研究可进一步探索 c-di-GMP 信号通路与其他环境信号的交互作用，以全面阐明该菌株在复杂环境中的适应策略。
