DNA损伤诱导转录调控因子DdiA在黄色粘球菌中协调基因组稳定性与诱变平衡的分子机制

（编辑推荐）本研究通过定量蛋白质组学揭示了黄色粘球菌（Myxococcus xanthus）中XRE家族转录调控因子DdiA作为LexA非依赖性DNA损伤应答（DDR）的核心共调控因子，通过激活错误倾向DNA聚合酶DnaE2表达并抑制RecA负调控因子RecX，介导了适应性（fitness）与诱变（mutagenesis）的平衡。这一发现为细菌应对复制压力（replication stress）的进化策略提供了新见解。

　　

ABSTRACT
DNA损伤修复对维持基因组完整性至关重要。细菌中广泛存在RecA/LexA依赖的SOS应答系统，但近期研究发现多种RecA/LexA非依赖性DDR通路。本研究通过全细胞无标记定量蛋白质组学技术，解析了黄色粘球菌经丝裂霉素C（MMC）处理后的蛋白质组变化，首次鉴定出XRE家族转录调控因子DdiA（DNA damage-induced protein A）作为LexA非依赖性DDR的关键调控者。

INTRODUCTION
细菌在自然环境中持续面临内源性（如代谢活性氧）和外源性（如紫外线、抗生素）基因毒性压力。传统认知中，RecA/LexA依赖的SOS系统主导DNA损伤应答，但近年来在分枝杆菌、新月柄杆菌等物种中陆续发现WYL结构域转录激活因子（如PafBC、DriD）和XRE家族蛋白（如Deinococcus中的DdrO）介导的替代通路。黄色粘球菌作为具有复杂社会行为的革兰氏阴性菌，其DDR调控网络尚不明确。前期转录组研究表明该菌DDR仅部分依赖LexA，暗示存在未知调控因子。

RESULTS

Characterization of the proteomic response to mitomycin C treatment
使用0.4 μg mL^-1 MMC处理黄色粘球菌5-10小时后，通过DIA-MS技术鉴定到160/196个差异表达蛋白。其中64个蛋白持续上调，包括14个COG L类（DNA复制修复相关）蛋白如RecA1/2、UvrA/C、DnaE2等；18个持续下调蛋白中仅3个属于COG L类。LexA蛋白水平显著降低，提示其发生自切割降解。

Characterization of the proteomic DNA damage response in the absence of LexA
构建ΔlexA突变体发现：虽然37个MMC诱导蛋白在突变体中仍上调（如RecN、UvrA），但包括DnaE2、ImuB在内的9个COG L类蛋白表达未受影响，证实LexA非依赖性通路存在。值得注意的是，ΔlexA突变体表现出细胞分裂延迟（丝状化），但表型弱于MMC处理的野生型。

Identification of DdiA, an XRE family transcriptional regulator
在MMC诱导的转录调控因子中，XRE家族蛋白MXAN_0633（命名为DdiA）表达量在5/10小时分别增加2.9/3.1倍，且不受LexA缺失影响。AlphaFold-Multimer结构预测显示DdiA形成二聚体，具有N端HTH（helix-turn-helix）DNA结合域和C端寡聚化结构域。

MMC treatment results in increased DdiA abundance independently of LexA
通过构建DdiA-mCherry报告系统发现：在标准培养条件下，13.4%±2.7%细胞异质性表达DdiA-mCherry（与DAPI染色核区共定位）；MMC处理使DdiA表达转为群体性诱导。RT-qPCR证实ddiA转录受MMC显著激活（ΔlexA中仅轻微上调），但DdiA不进行自我调控。

DdiA regulates dnaE2 and recX expression
蛋白质组学显示ΔddiA突变体中：

• 错误倾向修复核心酶DnaE2在MMC处理后的表达增幅降低3.2-5.0倍
• RecA抑制因子RecX表达量增加2.6-2.9倍
  RT-qPCR验证DdiA直接或间接激活dnaE2转录（基础水平和诱导水平），同时抑制recX表达。

Heterogeneous and stress-responsive ddiA expression
单细胞分析揭示ddiA启动子（P_ddiA）具有独特调控特性：

• 无外源压力时：自发激活于较长细胞（可能遭遇复制压力）
• DNA损伤剂（MMC、喹诺酮类、博来霉素、UV）可逆诱导群体表达
• 非DNA损伤压力（温度、渗透压、EDTA等）不诱导表达

Fitness-mutagenesis trade-off mediated by DdiA
功能实验表明：

• ΔddiA突变体自发突变频率降低4-5倍（Rif^R实验）
• 竞争生长实验显示ΔddiA存在适应性缺陷
• 回补实验证实表型特异性源于ddiA缺失

DISCUSSION
DdiA代表了一类新型DNA损伤应答调控范式：

1. 不同于LexA/DdrO的蛋白酶解激活模式，DdiA通过转录水平调控发挥作用
2. 通过"双靶点"调控（激活DnaE2+抑制RecX）平衡复制压力应对与突变积累
3. 异质性表达策略可能优化群体生存：少数细胞持续监控内源复制压力，群体遭遇DNA损伤时全面响应

该研究为理解细菌环境适应性进化提供了新视角，DdiA介导的"可控诱变"机制可能在抗生素耐药性进化中具有重要地位。未来需解析DdiA直接靶基因及其感应DNA损伤的分子机制。