主管技(jì )師郭曉鵬等在《eLife》發表鼠疫菌rcsD進化機制的研究論文(wén)

鼠疫耶爾森氏菌由假結核耶爾森氏菌進化而來，進化伴随着多(duō)個基因的獲取、丢失和重排。孫義成課題組之前的研究發現，鼠疫菌的Rcs磷酸中(zhōng)繼系統調控生物(wù)被膜的形成。與祖先假結核菌相比，鼠疫菌Rcs系統中(zhōng)的輔助因子RcsA編碼基因發生突變，導緻鼠疫菌生物(wù)被膜形成的增加，在鼠疫菌進化為(wèi)蚤傳播菌中(zhōng)發揮關鍵作(zuò)用(yòng)。鼠疫菌Rcs系統的另外一個關鍵基因rcsD發生了移碼突變，變成了假基因（pseudogene），但并無更深入的研究與分(fēn)析。

2023年4月4日，孫義成課題組與軍事科(kē)學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物(wù)流行病研究所周冬生課題組及美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的VivekaVadyvaloo課題組，在《eLife》雜志(zhì)發表了題為(wèi)“A frameshift in Yersinia pestis rcsD alters canonical Rcssignalling to preserve flea-mammal plague transmission cycles”的研究論文(wén)，深入闡明了鼠疫菌rcsD移碼突變對Rcs磷酸中(zhōng)繼系統信号通路的影響，并分(fēn)析了其進化意義。研究發現，移碼突變的鼠疫菌rcsD表達一個由稀有(yǒu)翻譯起始密碼子AUU翻譯起始的C端小(xiǎo)蛋白RcsD-Hpt，改變了典型的Rcs磷酸中(zhōng)繼系統的信号響應通路，導緻數十個基因的轉錄水平的變化，進而影響鼠疫菌生物(wù)被膜的形成。進一步的研究表明，rcsD基因的移碼不影響鼠疫菌的毒力，但能(néng)增加鼠疫菌基因組上一個毒力區(qū)域（pgm locus）的穩定性。因此， rcsD的移碼突變可(kě)能(néng)是一個重要的進化步驟，在維持跳蚤-哺乳動物(wù)鼠疫傳播生活史中(zhōng)發揮重要作(zuò)用(yòng)（圖1）。此外，該研究表明細菌進化中(zhōng)出現的假基因可(kě)能(néng)有(yǒu)生物(wù)學(xué)功能(néng)，而稀有(yǒu)翻譯起始密碼子可(kě)能(néng)在其中(zhōng)發揮重要作(zuò)用(yòng)，這提示我們需要重新(xīn)認識細菌中(zhōng)的假基因。這項工(gōng)作(zuò)促進了我們對鼠疫耶爾森氏菌進化的理(lǐ)解，也有(yǒu)助于我們對其它病原菌的進化的認識。

圖1.Rcs系統的突變影響鼠疫菌生物(wù)被膜形成及進化的模型

研究工(gōng)作(zuò)得到了科(kē)技(jì )部重點研發計劃（2022YFC2303200）、國(guó)家自然科(kē)學(xué)基金（31700072，31670139 和31800120）、中(zhōng)國(guó)醫(yī)學(xué)科(kē)學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科(kē)技(jì )創新(xīn)工(gōng)程（2021-I2M-1-043）等項目的資助。中(zhōng)國(guó)醫(yī)學(xué)科(kē)學(xué)院病原生物(wù)學(xué)研究所孫義成研究員、軍事科(kē)學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物(wù)流行病研究所周冬生研究員、美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的VivekaVadyvaloo助理(lǐ)教授為(wèi)本文(wén)的通訊作(zuò)者，中(zhōng)國(guó)醫(yī)學(xué)科(kē)學(xué)院病原生物(wù)學(xué)研究所郭曉鵬、蚌埠醫(yī)學(xué)院嚴海芹、軍事科(kē)學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物(wù)流行病研究所楊文(wén)慧為(wèi)本文(wén)的共同第一作(zuò)者。