前沿｜张瑞福教授课题组揭示微生物肥料功能菌根际趋化的信号识别新机制

近日，美国科学院院刊(PNAS)以“Signal binding at both modules of its dCache domain enables the McpA chemoreceptor of Bacillus velezensis to sense different ligands”(direct submission)报道了沈其荣院士团队张瑞福教授课题组关于微生物肥料功能菌SQR9趋化受体McpA感受不同结构和种类的根系分泌趋化信号机制的研究进展。

高效的根际定殖是微生物肥料发挥作用的前提，微生物肥料中的功能菌在根系分泌物信号的诱导下向根系的趋化运动是根际定殖的第一步。根系分泌物组成极其复杂，趋化信号物质种类也很多，另一方面，微生物肥料功能菌也有多个感受趋化信号的受体。本实验室以生产上广泛应用的一株贝莱斯芽孢杆菌SQR9为材料，系统鉴定了其基因组中的八个趋化受体蛋白分别识别的趋化信号，揭示了根际趋化是由少数主要趋化物和关键受体的主效效应而不是所有趋化物的累加效应主导，并利用这些少数关键趋化物开发了微生物肥料根际定殖增效剂。

研究发现，趋化受体蛋白McpA发挥着主要作用，能同时感受多达25种以上的小分子趋化物，包括氨基酸、有机酸、糖和糖醇等结构迥然差异的物质，过表达McpA能够显著增强功能菌SQR9的根际定殖能力和肥效，同一受体识别结构迥然差异的信号，这种现象非常少见。

McpA是dCache类型的趋化受体，本研究通过解析受体McpA的胞外配体识别结构域(ligand binding domain, LBD)的晶体结构特征、构建膜近端与膜远端相关的嵌合体、利用点突变材料筛选关键结合位点等一系列系统性实验验证，成功揭示了其分别单独利用膜远端模块和膜近端模块感受有机酸类、氨基酸类趋化物，利用双模块互作方式共同感受糖和糖醇类趋化物。

师资博士后冯海超为论文第一作者，张瑞福教授和张楠副教授为共同通讯作者，沈其荣院士、徐志辉副教授、西班牙高等科学研究院Tino Krell研究员、中国农业科学院区划所刘云鹏副研究员和中国科学院微生物所杜文斌研究员对本研究亦有贡献，该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。

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