討論
為了了解哪些鼠疫耶爾森菌基因?qū)μ槟c道定植和適應(yīng)以產(chǎn)生生物膜阻塞介導(dǎo)的可傳播感染至關(guān)重要，我們先前定義了阻塞跳蚤中鼠疫耶爾森菌與LB體外生長(zhǎng)條件相比的獨(dú)特轉(zhuǎn)錄組。假設(shè)在跳蚤腸道環(huán)境中獨(dú)特地高度誘導(dǎo)的基因優(yōu)先用于跳蚤適應(yīng)和傳播，這促使需要功能性地理解它們?cè)谑笠咭疇柹楦腥酒陂g的作用。本研究旨在表征一個(gè)這樣的基因——編碼LTTR的rovM的功能作用。
我們來(lái)自本研究的數(shù)據(jù)表明，rovM可能在鼠疫耶爾森菌跳蚤感染期間被可用的碳源和氮源或可能其他環(huán)境因素誘導(dǎo)。rovM突變體在與野生型共感染期間表現(xiàn)出的競(jìng)爭(zhēng)適應(yīng)性缺陷表明，缺乏RovM導(dǎo)致在獲取跳蚤腸道中可用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方面存在缺陷。我們先前表明，鼠疫耶爾森菌在跳蚤腸道中具有獨(dú)特的代謝特征，主要表現(xiàn)為主要利用肽和氨基酸以及脂質(zhì)和一些戊糖碳水化合物利用。具體來(lái)說(shuō)，在跳蚤中，二乙酰殼二糖（chbBC,chbF）、精氨酸（artQ）和谷氨酰胺（glnQPH）的攝取和分解代謝相關(guān)基因的誘導(dǎo)與rovM誘導(dǎo)表達(dá)同時(shí)發(fā)生。在本研究中，我們證明了這三種代謝物在體外支持過(guò)表達(dá)rovM的鼠疫耶爾森菌的生長(zhǎng)適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)?；蛘?，己糖的分解代謝被認(rèn)為在跳蚤腸道中不顯著，我們觀察到rovM過(guò)表達(dá)不影響鼠疫耶爾森菌在存在己糖（葡萄糖、半乳糖或麥芽糖）的情況下的生長(zhǎng)適應(yīng)性。跳蚤血餐及其通過(guò)跳蚤及其固有腸道微生物群消化產(chǎn)生的分解代謝產(chǎn)物，是鼠疫耶爾森菌在跳蚤腸道中存活和生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。因此，鼠疫耶爾森菌可能不僅與跳蚤及其常駐微生物群競(jìng)爭(zhēng)血餐，而且可能需要能夠利用跳蚤及其微生物群產(chǎn)生的血餐消化副產(chǎn)物。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子RovM可能指導(dǎo)更有效地利用跳蚤腸道中一些可用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以支持鼠疫耶爾森菌對(duì)該環(huán)境的適應(yīng)。當(dāng)然，過(guò)表達(dá)rovM的△rovM pACrovM菌株在與野生型共感染期間表現(xiàn)出的改進(jìn)適應(yīng)性支持了這一觀點(diǎn)。這種響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)線索的能力是RovM同源物的一項(xiàng)功能。例如，大腸桿菌中的LrhA負(fù)調(diào)節(jié)半乳糖和天冬氨酸趨化受體，從而響應(yīng)這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的獲取來(lái)控制細(xì)菌運(yùn)動(dòng)性；假結(jié)核耶爾森菌的RovM在基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)被誘導(dǎo)；嗜線蟲致病桿菌的LrhA支持這種昆蟲病原體在含有特定氨基酸的基本培養(yǎng)基中繁殖，而ΔlrhA突變體在LB培養(yǎng)基中與野生型菌株相比沒有生長(zhǎng)差異。Richards和Goodrich-Blair提出，代謝物可以作為轉(zhuǎn)換信號(hào)，使病原體能夠從毒力活動(dòng)切換到代謝活動(dòng)，或者感染期間特定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗可能作為表達(dá)傳播所需基因的信號(hào)。
我們的結(jié)果表明，在復(fù)雜的豐富LB培養(yǎng)基中，增強(qiáng)的rovM表達(dá)導(dǎo)致較少的附著生物膜形成，而在含有精氨酸的營(yíng)養(yǎng)限定TMH培養(yǎng)基中，產(chǎn)生更多的生物膜。此外，rovM過(guò)表達(dá)與在基本培養(yǎng)基中存在精氨酸時(shí)更快的生長(zhǎng)速率相關(guān)。這共同暗示RovM通過(guò)整合營(yíng)養(yǎng)線索影響生物膜形成，并且精氨酸可能是這種信號(hào)傳導(dǎo)的核心。這與代謝物可能作為轉(zhuǎn)換信號(hào)的觀點(diǎn)一致。鼠疫耶爾森菌的生物膜形成僅發(fā)生在跳蚤宿主中，并且對(duì)于鼠疫的生物膜介導(dǎo)傳播以及維持跳蚤腸道的持續(xù)定植非常重要。hms基因組，包括hmsHFRS基因位點(diǎn)和單基因hmsT和hmsP，負(fù)責(zé)合成和調(diào)節(jié)細(xì)胞外多糖基質(zhì)（ECM），這是生物膜形成的基礎(chǔ)。ECM促進(jìn)生物膜介導(dǎo)的傳播和跳蚤腸道中的持久性。多胺也通過(guò)調(diào)節(jié)HmsR和HmsT蛋白翻譯而成為鼠疫耶爾森菌生物膜形成所必需的。有趣的是，精氨酸是多胺生物合成第一步中所需的前體，在那里它通過(guò)精氨酸脫羧酶轉(zhuǎn)化為胍丁胺。
只有通過(guò)反式過(guò)表達(dá)rovM基因（例如本實(shí)驗(yàn)中的pACrovM和pCR_rovM）在ΔrovM突變體和野生型細(xì)菌中發(fā)生的rovM轉(zhuǎn)錄水平升高，導(dǎo)致生物膜、跳蚤感染和生長(zhǎng)適應(yīng)性的顯著改變。這與針對(duì)假結(jié)核耶爾森菌和大腸桿菌RovM同源物的研究一致，其中只有當(dāng)RovM水平升高時(shí)才能與顯著不同的異常表型相關(guān)聯(lián)，而野生型和RovM同源物突變株之間沒有出現(xiàn)明顯差異。例如，假結(jié)核耶爾森菌中RovM水平升高導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)過(guò)度和小鼠毒力減弱，而野生型和ΔrovM突變株之間沒有明顯差異。此外，在大腸桿菌中質(zhì)粒介導(dǎo)的lrhA過(guò)表達(dá)的情況下，與攜帶空質(zhì)粒的lrhA突變體相比，運(yùn)動(dòng)性降低。假結(jié)核耶爾森菌RovM的晶體結(jié)構(gòu)揭示可能需要代謝誘導(dǎo)分子來(lái)介導(dǎo)其折疊成活性四聚體單元。因此，四聚體單元的形成對(duì)于RovM調(diào)節(jié)功能至關(guān)重要，這與其他LTTRs的功能一致。那么可以假設(shè)，rovM的反式過(guò)表達(dá)將導(dǎo)致比野生型和ΔrovM更多功能活性的RovM單位，后者合成很少或不合成rovM轉(zhuǎn)錄本。LTTRs的另一個(gè)標(biāo)志是自我調(diào)節(jié)，并解釋了誘導(dǎo)的RovM合成導(dǎo)致rovM表達(dá)的進(jìn)一步誘導(dǎo)?；趐ACYC177質(zhì)粒的拷貝數(shù)，預(yù)計(jì)△rovM（pACrovM）菌株中存在2-15個(gè)rovM基因拷貝。因此，在pACrovM轉(zhuǎn)化菌株中誘導(dǎo)rovM表達(dá)可能導(dǎo)致rovM的進(jìn)一步誘導(dǎo)，從而解釋了這些菌株與野生型和ΔrovM菌株在LB和SMM培養(yǎng)基中rovM表達(dá)的顯著差異。
在rovM被誘導(dǎo)或過(guò)表達(dá)的條件下，如在pACrovM和pCR_rovM轉(zhuǎn)化菌株中觀察到的，或自然發(fā)生在跳蚤感染期間，存在更多功能性RovM單位來(lái)介導(dǎo)rovA抑制或代謝過(guò)程調(diào)節(jié)。RovM誘導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)特異性以及RovM依賴性rovA抑制在鼠疫耶爾森菌和假結(jié)核耶爾森菌中是不同的。鼠疫耶爾森菌在跳蚤中生長(zhǎng)時(shí)rovM的誘導(dǎo)及其對(duì)rovA的抑制，與假結(jié)核耶爾森菌在低溫基本培養(yǎng)基中體外生長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的情況相符。然而，鼠疫耶爾森菌ΔrovM突變體在昆蟲宿主中生長(zhǎng)時(shí)維持低rovA轉(zhuǎn)錄，這與假結(jié)核耶爾森菌RovM介導(dǎo)的rovA抑制形成對(duì)比。看來(lái)鼠疫耶爾森菌rovA在跳蚤腸道和SMM葡萄糖中的調(diào)節(jié)不是通過(guò)RovM介導(dǎo)的，可能還需要其他調(diào)節(jié)因子，類似于假結(jié)核耶爾森菌中溫度和生長(zhǎng)階段依賴性的rovA表達(dá)。
鼠疫耶爾森菌從假結(jié)核耶爾森菌分化而來(lái)，失去了運(yùn)動(dòng)性、鞭毛合成和入侵蛋白的產(chǎn)生，這些都是RovM調(diào)節(jié)的毒力因子，可增強(qiáng)假結(jié)核耶爾森菌的侵襲性。獨(dú)立于RovA調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)性是RovM同源物在各種致病菌物種（例如，線蟲病原體嗜線蟲致病桿菌的LrhA、大腸桿菌的LrhA和植物病原體胡蘿卜軟腐歐文氏菌的HexA）中保守的調(diào)節(jié)功能。這些功能在鼠疫耶爾森菌中不存在，因此不再構(gòu)成鼠疫耶爾森菌RovM調(diào)節(jié)子。在鼠疫耶爾森菌從假結(jié)核耶爾森菌克隆進(jìn)化過(guò)程中，除了通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移和失活獲得和喪失基因功能外，基因調(diào)控和全局調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重塑已經(jīng)發(fā)生。這可能是鼠疫耶爾森菌適應(yīng)其定植跳蚤并通過(guò)跳蚤傳播能力的一個(gè)促成方面。
我們得出結(jié)論，RovM蛋白可能在營(yíng)養(yǎng)感知和調(diào)節(jié)生理過(guò)程以有利于鼠疫耶爾森菌適應(yīng)和定植跳蚤腸道方面發(fā)揮作用。RovM的這種作用在自然鼠疫循環(huán)期間，當(dāng)跳蚤腸道的競(jìng)爭(zhēng)性定植更為普遍時(shí)，對(duì)于跳蚤傳播可能特別重要。
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