近日，美国微生物协会旗下的著名期刊mBio在线发表了罗来鑫老师和美国威斯康星大学麦迪逊校区Jue D. Wang老师为共同通讯作者的研究论文“Metabolic Promiscuity of an Orphan Small Alarmone Hydrolase Facilitates Bacterial Environmental Adaptation”。该研究对甘蓝黑腐病菌中一个新的小分子信号素水解酶（SAH）的功能进行了全面解析，表明SAH能水解多种信号分子，在菌体内代谢物稳态等方面发挥重要功能。

鸟苷四磷酸（ppGpp）是细菌重要的信号分子，在转录、翻译、复制、代谢中发挥重要功能。当细菌遇到环境胁迫时，ppGpp得到积累，从而触发严紧反应（stringent  response），有利于菌体存活。与(p)ppGpp合成与水解相关的蛋白主要可以分为以下三类：（1）同时具有合成与水解结构域的同源蛋白（Long RelA/SpoT homologue proteins，简称RSH）；（2）只具有合成功能的小分子警报素合成蛋白（Small alarmone synthetases，简称SAS）；（3）只具有水解功能的小分子警报素水解蛋白（Small alarmone hydrolases，简称SAH）。

罗来鑫老师小组的前期研究表明，甘蓝黑腐病菌（Xcc）中与(p)ppGpp合成相关的蛋白为RelA和SpoT，relA和spoT双敲除突变体（ΔrelAΔspoT）不利于Xcc的生长、胞外多糖的产生、生物膜的形成、胞外酶的分泌、游动性以及致病力， ppGpp的产生有利于病菌的长期存活。在Xcc中未发现SAS蛋白，但新发现了一个SAH蛋白。

通过来自不同物种的SAH氨基酸序列进行比对，表明SAH具有保守的水解基序：R、H、HD、ED、DK、N，推测其具有水解(p)ppGpp的功能。薄层层析和LC-MS的结果表明，SAH能在体外和体内水解pGpp、ppGpp、pppGpp、pppApp（图1），并且能够水解NADPH以维持胞内物质的稳态（图2）。

图1 XccSAH具有水解多种信号分子的能力

图2 XccSAH催化NADPH的去磷酸化

利用三亲结合法获得了sah的敲除突变体与回补菌株。研究发现，SAH不影响甘蓝黑腐病菌胞外多糖的产生、生物膜的形成、游动性、致病力以及在土壤中的生存能力（图3）。通过与假单胞菌菌株ADAK18 (含有Tas1的菌株)和PA01 (不含有Tas1的菌株)进行种间竞争试验，发现Δsah的竞争力明显弱于野生型和回补菌株；虽然在富营养培养基中SAH未能影响菌株生长，但在寡营养培养基中SAH能有利于菌株的分裂生长（图4），以上结果表明SAH有利于菌株在逆境中的存活。

图3 Xccsah缺失不影响细菌的致病力、生物膜形成、胞外多糖产量和在土壤中的竞争力

图4 SAH有利于甘蓝黑腐病菌在逆境中的存活

综上所述，这一研究结果表明SAH是甘蓝黑腐病菌中新的一类小分子警报素水解酶，能够在一定程度上发挥胞内代谢物调节器的功能，增强细菌的种间竞争能力和在逆境下的生长适应性。

我院毕业生白凯红博士和美国威斯康星大学麦迪逊校区的Danny K. Fung博士为论文的共同第一作者，该研究得到了Howard Hughes医学研究所 Faculty Scholar Award、北京市自然科学基金(6222025)和中国留学基金的共同资助。

论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.02422-22