水稻软腐病菌WH1株中vfm群体感应系统调控表型特征与致病力的分子机制

本研究针对Dickeya zeae引起的全球性水稻软腐病，通过构建vfmI突变体，揭示了vfm-QS系统通过调控鞭毛生物合成和c-di-GMP水平影响细菌运动性、生物膜形成及宿主特异性致病力，为开发新型抗菌靶点提供理论依据。

　　

水稻是全球最重要的粮食作物之一，但由Dickeya zeae引起的细菌性软腐病严重威胁其产量。这种病原菌通过分泌植物细胞壁降解酶(PCWDEs)和形成生物膜等策略侵染宿主，而群体感应(QS)系统被认为是调控这些毒力因子的核心开关。然而，不同Dickeya菌株中特有的vfm-QS系统功能存在显著差异，尤其在单子叶与双子叶植物中的致病机制尚未明确。针对这一科学问题，中国的研究团队以D. zeae WH1为模型，系统解析了vfm-QS系统调控宿主适应性的分子机制。

研究人员通过构建vfmI基因缺失突变体，结合表型分析、转录组测序和分子互作预测等技术，发现vfmI作为双组分系统(TCS)的组氨酸激酶(HK)，直接调控鞭毛基因表达从而完全抑制细菌运动性，同时通过降低c-di-GMP浓度减少42%生物膜形成。值得注意的是，该突变体在双子叶植物(如马铃薯)中的致病力仅部分减弱，却对水稻完全丧失毒性，这与PCWDEs活性无关，暗示存在未知宿主特异性毒力因子。相关成果发表在《Biofilm》期刊，为开发靶向QS系统的绿色农药提供了新思路。

关键技术包括：1) 同源重组构建vfmI突变体；2) 运动性和生物膜定量分析；3) c-di-GMP浓度ELISA检测；4) 启动子-gfp报告系统验证基因调控；5) 水稻和马铃薯等宿主致病性实验。

【研究结果】
2.1. vfm系统失活完全抑制细菌运动
通过游泳(0.3%琼脂)和群游(0.4%琼脂)实验发现，ΔvfmI菌株运动性完全丧失，回补株部分恢复，而生长曲线无差异，证实vfm-QS特异性调控运动表型。

2.2. vfm系统通过鞭毛生物合成调控运动
RNA-seq显示ΔvfmI中789个差异表达基因，包括鞭毛基因簇(ctg_02569-02626)显著下调。STRING预测VfmI与鞭毛蛋白互作，荧光报告系统证实fliF启动子活性降低20倍。

2.3. vfm系统通过c-di-GMP调控生物膜
晶体紫染色显示ΔvfmI生物膜减少42%，荧光显微镜观察到0.41-log CFU下降。RT-qPCR检测到c-di-GMP合成酶(ctg_04312)和调控基因bssS/ohrR表达下调，ELISA测得胞内c-di-GMP降低22%。

2.5. vfm系统对双子叶植物致病力影响有限
ΔvfmI仅使马铃薯块茎浸软面积减小，蛋白酶活性下降，而对胡萝卜、萝卜等致病力不变，PCWDEs活性基本保留。

2.6. vfm系统决定水稻致病性
ΔvfmI接种7天后水稻茎基完全无腐烂症状，但促进种子萌发1.2倍，表明vfm-QS调控水稻特异性毒力而非生长抑制。

【结论与意义】
该研究首次揭示D. zeae WH1中vfm-QS系统通过"双通路调控模型"影响致病力：1) 直接激活鞭毛基因表达控制运动性；2) 通过c-di-GMP-bssS/ohrR级联调控生物膜。特别值得注意的是，该系统对单子叶植物(水稻)的致病力具有"全或无"效应，明显不同于其他Dickeya菌株，反映出QS调控网络的种内多样性。研究为理解植物病原菌宿主适应性进化提供了新视角，其发现的vfmI-鞭毛-biofilm调控轴可为设计阻断细菌侵染的靶向药物提供分子基础。未来需进一步探究vfm系统是否调控III型分泌系统(T3SS)等效应因子，以及其与exp-QS系统的交叉调控关系。