10月7日，《Microbiome》在線發(fā)表了生命科學學院沈錫輝教授團隊題為“Exploring AI-2-mediated interspecies communications within rumen microbial communities”的研究論文，揭示了瘤胃微生物菌群的群體感應信號分子合成酶及受體基因的分布和表達規(guī)律，并構建了群體感應分子介導的瘤胃微生物種間交流網絡。生命科學學院博士生劉孝珍、劉欽萌為本論文共同第一作者，張磊教授和沈錫輝教授為本論文的共同通訊作者。

群體感應(quorum sensing，QS)是細菌種內和種間細胞間交流的普遍機制，通過合成和分泌稱為自誘導物(autoinducer)的信號分子監(jiān)測細菌群體密度的變化，協(xié)調細菌的群體行為。QS信號分子autoinducer-2 (AI-2)廣泛存在于細菌中，既能介導種內交流，又能介導種間交流，被稱為“細菌的世界語”，但人們對細菌如何感知該QS信號知之甚少。2020年10月該課題組發(fā)現(xiàn)原核生物(包括細菌和古菌)通過一類具dCACHE結構域的跨膜信號轉導蛋白感知AI-2信號實現(xiàn)異種細胞間對話的新機制(Zhang et al., Nature Communications, 2020)。

反芻動物的瘤胃是一個天然發(fā)酵體系，依賴其中存在的大量不同種類的厭氧微生物聯(lián)合作用對木質纖維素進行降解和利用。目前對瘤胃微生物菌群的種間交流及協(xié)同作用機制知之甚少。本研究對數據庫中已有的瘤胃細菌完整基因組信息進行分析，發(fā)現(xiàn)QS合成酶基因存在于絕大多數瘤胃細菌中，尤其是AI-2合成酶基因存在于一半以上瘤胃細菌中，而AI-2受體編碼基因存在于超過1/3以上瘤胃細菌中，且尚有大量潛在AI-2受體編碼基因有待進一步發(fā)掘。宏轉錄組分析發(fā)現(xiàn)瘤胃優(yōu)勢菌群中AI-2合成酶和受體基因均能高水平表達，表明AI-2介導的種間交流在瘤胃微生態(tài)系統(tǒng)中廣泛發(fā)生。瘤胃細菌中的dCACHE型AI-2受體包括甲基化趨化受體、組氨酸激酶、c-di-GMP合成與水解酶、絲氨酸磷酸酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶等跨膜信號轉導蛋白，表明AI-2信號可以調控瘤胃菌群的各種重要生理功能和群體行為。基于以上發(fā)現(xiàn)，我們進一步構建了AI-2介導的瘤胃微生物種間交流網絡。本研究極大促進了對瘤胃微生態(tài)系統(tǒng)微生物種間交流機制的認識，也為研究其他生境微生物群落成員之間的交流與協(xié)作機制提供重要參考。