鼠伤寒沙门氏菌中IclR样转录调控因子SL1344_3500调控基因靶点的鉴定及其在肠道定植中的功能机制

这篇研究揭示了鼠伤寒沙门氏菌(S. Tm)中IclR样转录调控因子SL1344_3500（命名为XynR）通过抑制木糖酸代谢操纵子xynABC的表达调控肠道定植能力。研究者结合遗传学、转录组学和生物信息学分析，发现该调控因子缺失导致代谢失衡和毒性中间体积累，从而显著削弱细菌在多种小鼠模型中的生存优势。创新性地利用基因互补策略开发了无需抗生素的质粒稳定系统，为长期肠道定植研究提供了新工具。

　　

比较分析揭示SL1344_3500的保守特征

SL1344_3500编码的IclR样调控因子在非伤寒沙门氏菌A分支中高度保守，其基因组位置与两个相邻操纵子（op1: SL1344_3494-3496；op2: SL1344_3497-3499）呈现共线性分布。AlphaFold结构预测显示该蛋白含N端DNA结合域和C端效应分子结合域。生物信息学分析发现，op2编码的基因与大肠杆菌木糖酸代谢途径同源，包含转运蛋白（XynA）、醛缩酶（XynB）和脱水酶（XynC），而op1可能编码不完整的转运系统。

调控机制解析：双操纵子的转录抑制

RT-qPCR和GFP报告系统证实SL1344_3500在指数期和稳定期均抑制op1/op2表达。ΔSL1344_3500突变体中，op2在稳定期的表达量激增100倍，流式细胞术显示小鼠肠道内op2启动子活性提升50-95%。值得注意的是，高表达GFP会导致质粒丢失，暗示代谢负担对细菌适应性的影响。

肠道定植的"双刃剑"效应

通过三种小鼠模型（SPF、LCM、OligoMM¹²）验证发现，ΔSL1344_3500突变体在肠腔的竞争指数(CI)下降100-1000倍，但腹腔感染时系统器官载量无差异。基因回补实验证实表型特异性。关键发现是：

1. 1.

   双操纵子缺失（Δop1Δop2）完全恢复突变体定植能力

2. 2.

   单独删除op2可部分挽救缺陷，而op1缺失无效

3. 3.

   野生型中op2表达促进炎症期（3-4天）生长

   这表明SL1344_3500通过精确调控op2避免木糖酸代谢中间体（如醛类）在低氧化还原环境下积累导致的毒性。

代谢失衡的分子基础

木糖酸代谢需多步氧化反应，在肠道低氧环境中NAD⁺/NADP⁺不足时，未完全氧化的中间体（如2-酮-3-脱氧木糖酸）可能破坏 redox平衡。炎症反应产生的活性氮物种(RNS)可氧化糖类生成木糖酸，解释op2在炎症期的促生长作用。该发现与沙门氏菌在家畜肠道中的适应性进化高度相关。

转化应用：基因互补稳定质粒

基于ΔSL1344_3500突变体的选择性压力，开发出pMC0076-3500⁺质粒系统：

• •

  pBR322载体在野生型中3天内完全丢失

• •

  携带SL1344_3500的质粒在突变体中维持15天（80%保留率）

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  结合pSC101 oriP构建的超稳定报告质粒实现长期GFP监测

  该技术突破抗生素依赖的局限性，为研究肠道微生物动态提供新方法。

讨论与展望

研究首次阐明SL1344_3500（XynR）-xynABC调控轴在沙门氏菌生态适应中的双重角色：

1. 1.

   进化意义：该基因簇在广宿主沙门氏菌中保守，但在宿主特化株（如伤寒菌）中丢失

2. 2.

   治疗靶点：物种特异性分布使其成为窄谱抗菌剂开发候选

3. 3.

   技术革新：建立的无抗性质粒稳定平台可拓展至其他病原体研究

   未来需解析效应分子识别机制，并探索木糖酸代谢在人类肠道微环境中的生态位竞争价值。