劉慧, 藍(lán)明明, 邢蕾蕾

(東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150040)

革蘭氏陰性菌的鞭毛是其重要的運(yùn)動器官, 長5～20 μm, 直徑約20 nm[1], 能夠幫助細(xì)菌趨近營養(yǎng)物質(zhì), 遠(yuǎn)離不利生態(tài)位。細(xì)菌鞭毛由基體、鉤型鞘、鞭毛絲3 部分構(gòu)成?；w包括環(huán) (外膜的L環(huán)、肽聚糖層的P 環(huán)、內(nèi)膜的MS 環(huán)、胞內(nèi)C 環(huán))、桿狀蛋白 (FlgG、FlgF、FlgC、FlgB、FliE 蛋白組成)、Ⅲ型蛋白質(zhì)輸出裝置、定子 (MotA、MotB組成), 負(fù)責(zé)將鞭毛錨定在細(xì)胞膜上。鞭毛絲由FliC 或FljB 螺旋組裝而成, 起到推動鞭毛向前運(yùn)動的作用。鉤型鞘由FlgE 組成, 負(fù)責(zé)基體與鞭毛絲的連接[2-4]。

作為一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子運(yùn)動器官, 革蘭氏陰性菌鞭毛的合成至少涉及70 多個基因, 這期間蛋白的生產(chǎn)、組裝和運(yùn)行需要消耗大量能量[5]。鞭毛的級聯(lián)調(diào)控可以有效保證鞭毛合成的高效性。flhDC位于級聯(lián)調(diào)控層次結(jié)構(gòu)的頂部, 是大腸埃希菌、沙門氏菌、奇異變形桿菌等細(xì)菌鞭毛合成的一級調(diào)節(jié)基因和主要調(diào)節(jié)因子, 在細(xì)菌鞭毛生物合成過程中起著關(guān)鍵作用[6]。flhDC直接或間接調(diào)控鞭毛生物合成過程中所有結(jié)構(gòu)和成分的轉(zhuǎn)錄以應(yīng)對外界環(huán)境和營養(yǎng)的變化, 同時,flhDC也受到諸多環(huán)境和生理因素的調(diào)控, 并將其整合到鞭毛合成過程[7]。

PGPR 的定殖對于細(xì)菌與植物間的相互作用至關(guān)重要, 能夠在植物根部定殖是PGPR 發(fā)揮促生作用的前提[8]。PGPR 在植物根系的定殖過程主要分為3 步: 首先, 鞭毛推動PGPR 朝著宿主植物根部趨化與運(yùn)動; 其次, 單個PGPR 細(xì)胞接觸并初步附著于植物根表面; 最后, PGPR 在細(xì)胞膜等物質(zhì)的作用下牢固黏附于根表面, 并在植物根系中長期存活和繁殖[8-10]。flhDC作為細(xì)胞的全局調(diào)節(jié)因子可以調(diào)控PGPR 在植物根表定殖過程中的運(yùn)動和趨化, 參與PGPR 生物膜合成, 提高PGPR 在植物根部的定殖效率。

本文綜述了革蘭氏陰性菌中鞭毛主調(diào)控因子flhDC在轉(zhuǎn)錄水平、mRNA 翻譯水平、翻譯后水平受到的多重調(diào)節(jié), 以及flhDC在PGPR 定殖過程中發(fā)揮的重要作用。

1 鞭毛主調(diào)節(jié)因子flhDC 的概述

鞭毛的級聯(lián)調(diào)控使得鞭毛各元件的合成和組裝受到時間上嚴(yán)格的調(diào)控和管理。根據(jù)表達(dá)時間的不同將控制鞭毛合成的操縱子分為一級操縱子、二級操縱子和三級操縱子[6,11]。一級操縱子flhDC編碼兩個基因:flhD和flhC, 這兩個基因轉(zhuǎn)錄生成相應(yīng)的蛋白FlhD 和FlhC。FlhD 和FlhC 主要由α-螺旋結(jié)構(gòu)組成, 其中FlhC 含有獨特的鋅結(jié)合結(jié)構(gòu)域[12]。FlhD4C2是由4 個FlhD、2 個FlhC 組成的六聚體復(fù)合物。其中, 每一個FlhC 原聚體與一個FlhD 二聚體結(jié)合形成D2C, 兩個D2C 異質(zhì)三聚體進(jìn)行組裝最終形成FlhD4C2六聚體[13]。FlhD4C2轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的形成是鞭毛合成的必要條件, 是革蘭氏陰性菌二類操縱子的轉(zhuǎn)錄激活劑[14]。FlhD4C2識別并結(jié)合靶基因起始位點上游約28～88 bp 的位點,在σ70存在的前提下招募RNA 聚合酶, 通過與RNA 聚合酶α 亞基C 末端區(qū)域相互作用激活鞭毛二級操縱子的轉(zhuǎn)錄[15-16]。

7 個 FlhD4C2依賴型二級操縱子flgAMN、flgBCDEFGHIJ、flhBAE、fliAZY、fliE、fliFGHIJK和fliLMNOPQR編碼鞭毛的組裝蛋白、相關(guān)輸出裝置及調(diào)節(jié)蛋白FliA 和FlgM。在HBB (基體) 組裝完成之前, 抗σ 因子FlgM 與σ28結(jié)合, 從而阻止σ28與RNA 聚合酶相互作用, 抑制下游基因的轉(zhuǎn)錄。一旦HBB (基體) 組裝完成, 分泌裝置的特異性就會發(fā)生變化, 將FlgM 從細(xì)胞中分泌出去,同時釋放FliA, 激活三級操縱子的轉(zhuǎn)錄[17-18]。目前, 公認(rèn)的三級操縱子主要包括flgKL、fliDST、flgMN、fliC、fljBA、tar-tap-cheRBYZ、motABcheAW、tsr、aer, 負(fù)責(zé)編碼鞭毛絲、馬達(dá)蛋白和趨化蛋白等鞭毛合成后期裝配所需的產(chǎn)物[11,15]。

2 鞭毛主調(diào)控因子flhDC 受到的多重調(diào)節(jié)

細(xì)菌的運(yùn)動是極端復(fù)雜的過程, 眾多全局性調(diào)控、群體感應(yīng)、新陳代謝和環(huán)境信號相關(guān)因子參與其中, 使得轉(zhuǎn)錄因子flhDC 在調(diào)控鞭毛合成的同時自身也受到轉(zhuǎn)錄、mRNA 翻譯、翻譯后3 個水平的多重調(diào)控 (圖1)。

圖1 革蘭氏陰性菌鞭毛主調(diào)控因子flhDC 受多重調(diào)節(jié)示意圖

2.1 flhDC 在轉(zhuǎn)錄水平受到的調(diào)節(jié)

flhDC基因表達(dá)受到諸多調(diào)控因子的影響, 絕大多數(shù)調(diào)控因子在flhDC轉(zhuǎn)錄水平發(fā)揮作用。某些情況下, 環(huán)境等因素對基因的調(diào)控由調(diào)節(jié)蛋白介導(dǎo), 如DNA 復(fù)制起始蛋白DnaA[19]、DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄雙調(diào)節(jié)因子Lrp[20]、反轉(zhuǎn)刺激因子Fis[21]、DNA結(jié)合蛋白HU[22-23]、組蛋白樣類核結(jié)構(gòu)蛋白HNS[23-24]。Soutourina 等[25]發(fā) 現(xiàn), 在 大 腸 埃 希 菌(Escherichiacoli) 中, 細(xì)菌通過H-NS 調(diào)控flhDC的轉(zhuǎn)錄以響應(yīng)外界酸性環(huán)境。H-NS 參與染色體組織化, 通過改變flhDC啟動子區(qū)域的DNA 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)減少flhDC的轉(zhuǎn)錄[6]。另外, H-NS 依賴的flhDC調(diào)節(jié)因子HdfR 通過與flhDC的上游區(qū)域結(jié)合也能夠抑制細(xì)菌的鞭毛合成[26]。Campoy 等[27]發(fā)現(xiàn),在鼠傷寒沙門氏菌 (Salmonellatyphimurium) 中,DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄雙調(diào)節(jié)蛋白Fur 通過與flhDC啟動子結(jié)合正向調(diào)控鞭毛合成。Winter 等[28-30]發(fā)現(xiàn), 在鼠傷寒沙門氏菌中 EnvZ/OmpR 雙組分系統(tǒng)和Rcs系統(tǒng)分別對滲透壓和包膜應(yīng)激 (envelope stress)作出響應(yīng), 輔助蛋白TviA 整合這兩條通路的信號并負(fù)向調(diào)控flhDC基因和Ⅲ型分泌系統(tǒng) (T3SS-1)基因的表達(dá), 抑制細(xì)菌運(yùn)動。除此之外, Wang發(fā)現(xiàn), RcsA 作為RcsB 的輔因子進(jìn)一步加強(qiáng)對鞭毛合成抑制。Kim 等[32-33]在穎殼伯克霍爾德菌(Burkholderiaglumae) 中發(fā)現(xiàn), 群體感應(yīng) (QS)相關(guān)蛋白QsmR 與flhDC的啟動子區(qū)結(jié)合, 并激活后者表達(dá)。此后, Sircili 等[34-35]發(fā)現(xiàn), 在腸致病性大腸埃希菌 (enteropathogenicEscherichiacoli) 中,flhDC基因的轉(zhuǎn)錄由群體感應(yīng)調(diào)節(jié)器QseB 和QseC激活, 被QseA 抑 制。Soutourina 等[36-37]發(fā) 現(xiàn), 在大腸埃希菌中, 環(huán)磷酸腺苷及其受體蛋白的復(fù)合物(cAMP-CRP) 可以結(jié)合flhDC操縱子調(diào)控區(qū)域并在此與RNA 聚合酶相互作用, 正向調(diào)控flhDC的轉(zhuǎn)錄。Shi 等[38]發(fā)現(xiàn), 大腸埃希菌中熱休克蛋白DnaK、DnaJ 和GrpE 通過影響flhDC轉(zhuǎn)錄影響細(xì)菌運(yùn)動, 從而使細(xì)菌對外界溫度變化作出反應(yīng)。

除環(huán)境因子外, 還有許多其他調(diào)節(jié)因子能夠在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控flhDC的表達(dá), 其中大部分是起負(fù)調(diào)控作用, 抑制flhDC的表達(dá)。Mouslim 等[21]發(fā)現(xiàn),沙門氏菌中flhDC基因的啟動子區(qū)存在DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄雙重調(diào)節(jié)蛋白LrhA 和SlyA 的結(jié)合位點, 二者通過抑制基因flhDC的轉(zhuǎn)錄減少細(xì)菌鞭毛的合成。Kakkanat 等[39]發(fā)現(xiàn), 在尿路致病性大腸埃希菌(UropathogenicEscherichiacoli, UPEC) 中, 多藥耐藥調(diào)控蛋白基因mprA、N5-谷氨酰胺甲基轉(zhuǎn)移酶基因hemK和EF-P-賴氨酸轉(zhuǎn)移酶基因yjeA的突變導(dǎo)致flhD和fliC基因轉(zhuǎn)錄顯著增加。Meng 等[40]發(fā)現(xiàn), 在青枯雷爾氏菌 (Ralstoniasolanacearum) 中,運(yùn)動相關(guān)蛋白MotN 和雙組分調(diào)節(jié)因子VsrA/D 均對flhDC的轉(zhuǎn)錄起負(fù)調(diào)節(jié)作用。Thota 等[41]發(fā)現(xiàn),多重耐藥調(diào)控因子MarA、SoxS、Rob 和RamA 參與調(diào)控鼠傷寒沙門氏菌中鞭毛基因的表達(dá), 其中MarA 和Rob 直接與flhDC啟動子相互作用, 從而抑制細(xì)菌運(yùn)動。Lemke 等[42]發(fā)現(xiàn), 大腸埃希菌中ppGpp (四磷酸鳥苷) 和RNA 聚合酶結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子DksA 共同調(diào)節(jié)細(xì)胞鞭毛的合成, DksA 和ppGpp與flhDC啟動子區(qū)域直接且特異性地結(jié)合并抑制flhDC轉(zhuǎn) 錄。Singer 等[43]發(fā) 現(xiàn), 沙 門 氏 菌 中FlhD4C2蛋白復(fù)合物可以激活LuxR 家族轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白RflM 基因的轉(zhuǎn)錄, RflM 蛋白與flhDC啟動子區(qū)域結(jié)合并抑制flhDC的轉(zhuǎn)錄, 進(jìn)而實現(xiàn)了FlhD4C2對flhDC操縱子的自我反饋調(diào)節(jié)。除此之外, 還有多種蛋白, 如轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白RtsB[44]、DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄激活蛋白UvrY[45]、雙組分信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng) RssA/B[46]、菌 毛 相 關(guān) 調(diào) 控 蛋 白 PapX[47]、LuxR 型轉(zhuǎn)錄因子MatA[48]和 FimZ[49]、DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄抑制因子YjjQ[50]、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子MrpJ[51]、LysR家庭轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白CrgA[52], 均可以通過降低flhDC的轉(zhuǎn)錄水平抑制細(xì)菌鞭毛的合成。

諸多調(diào)控因子通過促進(jìn)flhDC的轉(zhuǎn)錄調(diào)控細(xì)胞合成 鞭 毛。Mouslim 等[21]發(fā)現(xiàn), 在沙門氏菌中,AraC 家族轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)器HliD 直接與flhDC的啟動子區(qū)域結(jié)合, 激活flhDC的轉(zhuǎn)錄。Dong發(fā)現(xiàn),大腸埃希菌中flhDC操縱子的轉(zhuǎn)錄受到RNA 聚合酶Sigma 因子RpoN 的正向調(diào)控。Theodorou 等[54]發(fā)現(xiàn), 大腸埃希菌中, 雙組分系統(tǒng)AtoS/C 通過增強(qiáng)flhDC和fliAZY操縱子的轉(zhuǎn)錄, 參與調(diào)節(jié)大腸埃希菌的運(yùn)動性和趨化性。Chen 等[55]發(fā)現(xiàn), 鼠傷寒沙門氏菌中, 反義RNA AsfD 從flhDC操縱子的互補(bǔ)鏈轉(zhuǎn)錄而來, 并覆蓋整個flhDC操縱子, AsfD 對細(xì)胞運(yùn)動性和生物膜的增強(qiáng)可能是通過上調(diào)flhDC轉(zhuǎn)錄水平實現(xiàn)。Rahimpour 等[56]發(fā)現(xiàn), 大腸埃希菌糖原合成調(diào)控蛋白基因glgS突變體中,flhDC的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低。Andreozzi 等[57]發(fā)現(xiàn), 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白基因pchE的敲除使得大腸埃希菌中flhDC轉(zhuǎn)錄水平下調(diào), 而回補(bǔ)菌株中pchE通過上調(diào)flhDC等細(xì)菌趨化性、運(yùn)動性和鞭毛結(jié)構(gòu)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平促進(jìn)鞭毛的生物合成和細(xì)菌運(yùn)動。

2.2 flhDC 在mRNA 翻譯水平受到的調(diào)節(jié)

多項研究結(jié)果表明, 非編碼小RNA (sRNAs)與細(xì)胞的氨基酸代謝、碳代謝、金屬感應(yīng)有關(guān), 部分sRNA 參與調(diào)控細(xì)胞群體感應(yīng)、生物膜合成、毒力感染、應(yīng)激適應(yīng)等過程, 因此, sRNAs 是細(xì)胞調(diào)控生理過程的關(guān)鍵因素[58]。在大腸埃希菌及沙門氏菌中, 細(xì)胞通過精確快速地改變mRNAs 的含量影響蛋白質(zhì)的合成以應(yīng)對外界壓力與環(huán)境變化。sRNAs 通常與RNA 伴侶Hfq 結(jié)合, 有助于sRNA與靶mRNA 在flhDCmRNA 的5′未翻譯區(qū)域 (5′TUR) 的配對, 二者的結(jié)合可以增加靶mRNA 的穩(wěn)定性或招募單鏈特異性內(nèi)核糖核酸酶RNase E 對mRNA 進(jìn)行定向切割, 造成核糖體結(jié)合和翻譯受阻[59]。

Thomason 等[60]發(fā)現(xiàn), 大腸埃希菌中, 生物膜合成相關(guān)的sRNA McaS 可以通過堿基互補(bǔ)配對直接與flhDC的mRNA 結(jié)合, 從而避免其不被核酸酶降解, 這一過程增加了flhDCmRNA 的穩(wěn)定性, 促進(jìn)細(xì)菌鞭毛的合成。Schachterle 等[61-62]發(fā)現(xiàn), 在噬淀粉歐文氏菌 (Erwiniaamylovora) 中, ArcZ 受到ArcB/ArcA 雙組分系統(tǒng)的負(fù)調(diào)節(jié)以應(yīng)對細(xì)胞可用氧氣的變化, 通過與flhDCmRNA 核糖體結(jié)合位點上游區(qū)域的直接堿基配對負(fù)調(diào)節(jié)基因flhD和flhC的表達(dá)。Romilly 等[63-64]發(fā)現(xiàn), 大腸埃希菌中sRNA OmrA 和OmrB 被EnvZ/OmpR 雙組分系統(tǒng)激活轉(zhuǎn)錄以響應(yīng)滲透壓變化, 二者通過與flhDCmRNA 相互作用阻礙了flhDC的翻譯。De Lay 等[64]發(fā)現(xiàn), 大腸埃希菌中OxyR 通過增加OxyS 的胞內(nèi)含量以應(yīng)對細(xì)菌的氧化應(yīng)激, OxyS 與flhDC的堿基互補(bǔ)配對抑制了flhDC的翻譯, 減少細(xì)胞鞭毛的合成。

除sRNA 外, 部分調(diào)節(jié)蛋白也參與到flhDCmRNA 穩(wěn)定性調(diào)控中。Yakhnin 等[65]在大腸埃希菌flhDC轉(zhuǎn)錄本中發(fā)現(xiàn)了RNA 結(jié)合調(diào)節(jié)因子CsrA 的結(jié)合位點, 研究表明, CsrA 蛋白通過保護(hù)flhDCmRNA 不被RNase E 內(nèi)切而促進(jìn)flhDC的表達(dá)。

2.3 flhDC 在翻譯后水平受到的調(diào)節(jié)

多種抗FlhD4C2因子能夠調(diào)節(jié)蛋白FlhD4C2的活性, 抑制其對下游二類啟動子的激活, 減少鞭毛合成。Yamamoto 等[66]發(fā) 現(xiàn), 鼠 傷 寒 沙 門 氏 菌(SalmonellaentericaserovarTyphimurium) 中, 鞭毛特異性伴侶蛋白FliT 作為一種抗FlhD4C2因子與FlhD4C2的FlhC 亞單位結(jié)合, 從而減少與下游二類操縱子啟動子的結(jié)合。在基體的組裝過程中, 胞質(zhì)中過量的鞭毛絲帽蛋白FliD 與FliT 結(jié)合, 使得FlhD4C2從FliT 中釋放出來激活二類操縱子的轉(zhuǎn)錄, 促進(jìn)基體結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá)?；w組裝完成后,FliD 被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外, 游離的FliT 通過與FlhD4C2的相互作用關(guān)閉二類操縱子的表達(dá), 這有利于降低細(xì)胞鞭毛的合成成本, 避免不必要的能量損耗[67]。Wada發(fā)現(xiàn), 腸道沙門氏菌 (Salmonella enterica) 中抗FlhD4C2因子YdiV 能夠與FlhD4C2結(jié)合形成一個大的異質(zhì)復(fù)合物, 該過程不僅抑制了FlhD4C2與二類啟動子的結(jié)合還可以從 DNAFlhD4C2復(fù)合物中釋放FlhD4C2, 終止二類操縱子的轉(zhuǎn)錄。作為一種雙功能蛋白, YdiV 還可以將FlhD4C2傳遞給蛋白酶ClpXP, ClpXP 與FlhD 的C末端結(jié)合逐步降解FlhD4C2[70]。Chatterjee 等[71-73]在黑腐果膠桿菌 (Pectobacteriumatrosepticum) 和胡蘿卜軟腐歐文氏桿菌 (Erwiniacarotovorasubsp.Carotovora) 中發(fā)現(xiàn)16S rRNA 甲基轉(zhuǎn)移酶RsmC 可以與FlhD 和FlhDC 復(fù)合體結(jié)合, 作為抗FlhD4C2因子發(fā)揮作用。Li 等[74]發(fā)現(xiàn), 沙門氏菌中類EAL樣蛋白STM1697 通過與FlhD4C2的外周FlhD 直接結(jié)合限制FlhD4C2招募RNA 聚合酶啟動下游基因的轉(zhuǎn)錄。

部分調(diào)控因子可以通過參與FlhD4C2蛋白的折疊和修飾調(diào)控FlhD4C2蛋白活性。Shi 等[38,75]發(fā)現(xiàn), 沙門氏菌中將基因dnaK突變之后, 伴侶蛋白DnaK 參與的多肽折疊和寡聚蛋白激活過程異常,這導(dǎo)致FlhD 和FlhC 組成的復(fù)合物在激活下游二類啟動子時只保持部分活性。Ma 等[76]在沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了一種新型蛋白翻譯后修飾, 即應(yīng)激相關(guān)蛋白YdiU 的單磷酸尿苷酸化修飾 (UMP), YdiU 對FlhC 亞基的 Ser31 殘基進(jìn)行修飾, 修飾后的FlhD4C2不能與鞭毛的二類啟動子結(jié)合, 從而關(guān)閉了鞭毛的合成途徑。這也是針對FlhD4C2確定的第一個翻譯后修飾。

3 flhDC 在PGPR 定殖過程中的作用

隨著研究的深入, 越來越多人意識到鞭毛在細(xì)菌眾多生理過程中發(fā)揮了重要的作用, 如PGPR 的定殖過程。由PGPR 制成的根際生防微生物制劑已經(jīng)被證明是一種能夠有效提高植物產(chǎn)量、防治病蟲害的安全環(huán)保的制劑[77-78]。根際生防微生物制劑的合理使用降低了化學(xué)肥料對土壤的污染, 是提高生產(chǎn)力、促進(jìn)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)的有力手段, 同時也為可持續(xù)發(fā)展提供了有效途徑[79-82]。然而, 根際生防微生物制劑的功效可能會受細(xì)菌定殖能力的限制。能夠在植物根部定殖是PGPR 發(fā)揮促生作用的前提。目前影響PGPR 在植物根部定殖的因素主要有: 植物根系分泌物中化學(xué)信號和營養(yǎng)物質(zhì)的種類與濃度; PGPR 的運(yùn)動性; PGPR 的生物膜合成能力;PGPR 的抗氧化活性; 以及PGPR 逃避和抑制宿主免疫系統(tǒng)等能力[9,83]。鞭毛通常被認(rèn)為是促進(jìn)細(xì)菌和宿主有益互作的關(guān)鍵成分, 其中, 主調(diào)控因子flhDC在PGPR 定殖過程中調(diào)控了PGPR 的運(yùn)動性及生物膜的形成。

3.1 flhDC 調(diào)控PGPR 的運(yùn)動性

在陸生植物中, 根系是植物與微生物互作最主要的場所。植物的根系分泌物可以為微生物提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì), 對于微生物來說, 根系是非常有吸引力的生態(tài)位[10]。鞭毛提供的動力推動PGPR 向宿主根系靠近, 這對于PGPR 在植物根系的定殖十分重要。Barahona 等[84-86]發(fā)現(xiàn), 在PGPR 熒光假單胞菌 (Pseudomonasfluorescens) 中, 當(dāng)基因flhDC的表達(dá)受到抑制時, 鞭毛合成系統(tǒng)部分關(guān)閉, 鞭毛數(shù)量減少, 這導(dǎo)致PGPR 在植物根部競爭性定殖能力下降。因此,flhDC可以通過調(diào)控PGPR 的運(yùn)動性影響PGPR 在植物根部的定殖。

3.2 flhDC 參與PGPR 生物膜的形成

在植物根表面PGPR 形成生物膜并以黏附的方式進(jìn)行固著。生物膜是由核酸、脂質(zhì)、胞外多糖、蛋白質(zhì)及嵌入其中的微生物組成的胞外基質(zhì)。與浮游細(xì)胞相比, PGPR 生物膜具有更高的生長素(IAA) 產(chǎn)量、固氮酶活性和產(chǎn)氨能力[9]。另外,生物膜為PGPR 提供了保護(hù), 提高其對不良環(huán)境的耐受性, 使得PGPR 在土壤惡劣的環(huán)境中得以存活且維持較高的生物量, 進(jìn)一步加強(qiáng)與植物之間的有益 互 作[87]。Thai 等[88]發(fā) 現(xiàn), 伯 克 霍 爾 德 菌 屬(Paraburkholderiasp.) 中, 將基因flhDC敲除后,基因缺失突變體的運(yùn)動性和生物膜形成能力幾乎完全喪失。Teplitski 等[89]發(fā)現(xiàn), 在沙門氏菌中基因flhD和flhC的敲除突變體生物膜形成能力有所提高。生物膜形成是一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò), 受到由鞭毛介導(dǎo)的運(yùn)動性的雙重調(diào)控, 但無論是促進(jìn)還是抑制,flhDC在此過程中都發(fā)揮著不可或缺的作用。

總之, 除在鞭毛合成中起著關(guān)鍵作用外,flhDC還是許多非鞭毛基因的全局調(diào)節(jié)器。flhDC在PGPR 植物根部定殖過程中調(diào)控了細(xì)菌運(yùn)動性,參與PGPR 生物膜形成, 提高PGPR 在植物根部的定殖量和定殖效率, 促進(jìn)了PGPR 與植物間的有益互作。

4 展望

隨著人口的增加和社會的發(fā)展, 我國對于農(nóng)林產(chǎn)品的需求也不斷增加?；?、農(nóng)藥、殺蟲劑的大量濫用導(dǎo)致土壤肥力和質(zhì)量下降, 這加劇了脆弱的生態(tài)環(huán)境的惡化。所以, 近年來更提倡采用更加高效環(huán)保的生物肥料和生物防治, 根際生防微生物制劑就是其中之一。土壤、溫度、氣候、降水量等環(huán)境因素造成的遲效性和不穩(wěn)定性是根際生防微生物制劑目前所要面對的主要問題, 提高 PGPR 在植物根部的定殖能力可以在一定程度上彌補(bǔ)這一缺陷。flhDC是編碼鞭毛生物合成的主要調(diào)節(jié)因子,調(diào)控了PGPR 在植物根表定殖過程中的運(yùn)動和趨化, 參與了該過程中PGPR 生物膜的形成。此外,flhDC面臨轉(zhuǎn)錄水平、mRNA 翻譯水平、翻譯后水平上的多重調(diào)控, 這在一定程度上解釋了根際生防微生物制劑的遲效性和不穩(wěn)定性, 同時也為提高PGPR 在植物根部的定殖效率提供理論指導(dǎo)。