西北大學校研究團隊揭示丁香假單胞菌轉錄調控網絡

10月2日，《自然·通訊》雜誌在線發表了嚴健、鄧新教授帶領的西北大學與香港城市大學聯合研究團隊的重要研究成果——A compendium of DNA-binding specificities of transcription factors in Pseudomonas syringae，通過HT-SELEX技術解析丁香假單胞菌基因組內上百個轉錄因子的DNA序列結合特異性，並進一步構建該植物病原體全基因組轉錄調控網絡，以此為基礎發現了幾種未知的III型分泌系統（T3SS）調控蛋白，為相關研究提供了寶貴的數據支持和理論基礎。

丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae）作為一種常見的革蘭氏陰性植物病原菌，廣泛存在於自然界中，如大氣、土壤、水體及植物葉面等，是一類生態適應性強、表型差異大的微生物群體，它所引起的植物病害發生率位居十大細菌性植物病害之首，每年給全球農業生產造成巨大的經濟損失，所以揭示丁香假單胞菌致病的分子機制顯得尤為迫切。轉錄因子作為調控基因表達的關鍵元件，在轉錄調控介導的生物學過程中起著重要作用。先前國內外研究人員已經發現一些控制丁香假單胞菌致病性的轉錄因子，但缺乏一個全基因組水平的轉錄調控網絡，這對全面防治該類病害的大規模暴發產生了很大障礙。

高通量SELEX技術即指數富集的配體系統進化技術（High Throughput Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment, HT-SELEX），利用該技術可以從DNA隨機序列庫中（含40核苷酸長DNA片段）篩選出特異性與靶物質高度親和的核酸適體，是嚴健教授在瑞典學習期間建立起來的一種用作高通量定量分析DNA-蛋白質相互作用的方法。該技術之前已成功用於人、鼠、果蠅等真核生物的轉錄因子研究，並揭示了這些物種全基因組譜系的轉錄調控網絡，極大地推動了這些領域的科研工作。然而，HT-SELEX技術在原核生物中尚未廣泛應用，同時作為植物最重要致病菌的丁香假單胞菌的轉錄調控網絡也很不完善，極大阻礙了該菌轉錄調控的研究，及對其致病機理的闡釋。所以HT-SELEX技術為全面揭示丁香假單胞菌的調控網絡提供了重要的基礎。

本研究將HT-SELEX的方法應用於丁香假單胞菌所有301個轉錄因子（圖1a），解析了其中100個轉錄因子具有特定的DNA序列特異性，並據根據它們的相似性將其歸類為69個不同的家族（圖1b）。基於這些轉錄因子DNA序列特異性模型，研究組通過FIMO軟體掃描了丁香假單胞菌基因組，預測了這100個轉錄因子的全基因組結合位點以及它們的下遊靶基因，成功構建了轉錄調控關係網絡。更為有意義的是，通過分析轉錄因子靶基因在不同信號通路的富集程度，研究組發現了各個不同信號通路中的調控蛋白，其中一部分是被之前的研究結果所證實的，同時也發現了一些通路中的未知調控蛋白。尤其是對該菌主要致病通路III型分泌系統的調控蛋白例如PSPPH_3618，研究團隊還用植物感染等生理實驗進行了進一步的功能驗證。

本研究不僅為研究丁香假單胞菌的致病機理，開發更多防治由該菌引起農作物病害的藥物提供了新靶點，更為今後研究丁香假單胞菌轉錄因子的功能提供了重要資源。

本研究的共同第一作者為我校的樊立剛和孫文舉博士，以香港城市大學的汪婷婷博士和華燦峰，鄧新和嚴健教授同為本文通訊作者。本研究得到國家自然科學基金、中國博士後基金、香港大學研究基金（RGC）的支持。