吲哚对成团泛菌YS19共质体结构形成的信号调节机制

成团泛菌YS19是国内从水稻分离的具有多种促生作用的内生固氮菌，其所形成的共质体结构具有很强的抗胁迫能力，是该菌在植物体内定殖与联合互作的关键结构，对其宿主/环境生存适应性有重要意义。近年来发现的吲哚对种群调控与物种生存适应性的信号作用，使人们对细菌进化等很多生命科学基本问题的认识产生了严重关注和深入思考。通过前期研究，发现共质体的形成明显受到吲哚的促进，本研究将进一步通过外源吲哚添加和细菌种间共培养等探索吲哚对YS19共质体形成的影响规律。同时，对eagR基因进行敲除，探索EagR蛋白在吲哚传导通路中的调控作用和机制。采用mTn5gusA-oriV转座子插入突变捕捉与吲哚调控通路相关的关键基因并鉴定其功能。最后，研究吲哚信号调节对YS19-水稻互作共培养体系的作用机制。最终阐释吲哚对共质体结构形成及生存适应性的影响规律与机制，揭示吲哚信号调节在内生菌-宿主互作微生态系统中的特殊意义。

本项目以水稻内生成团泛菌YS19能对外源吲哚产生应答为切入点，研究了吲哚信号调节对YS19共质体的形成与抗胁迫功能、探索了吲哚信号调控对YS19-水稻互作共培养体系的作用机制。研究发现吲哚促进YS19共质体的形成和抗逆能力（重金属、紫外、强酸、干燥、过氧化）。外源添加吲哚促进YS19分泌胞外多糖，抑制YS19合成植物激素吲哚-3-乙酸（IAA）及表达外膜蛋白OmpW，并提高YS19在宿主水稻植株的固氮能力。对吲哚调控通路的关键基因pagR (YS19中的一种AHLs的受体LuxR家族的同源蛋白的基因)进行敲除发现该基因突变使YS19共质体形成能力和抗胁迫能力显著下降，生物薄膜形成能力增加。利用mTn5gusA-pgfp21转座子插入突变技术发现编码聚腺苷酸化酶的基因pcnB和编码胞嘧啶核苷抑制子的基因cytR是吲哚信号传导通路中的关键基因，受吲哚信号负调控。pcnB的突变加快了菌体在稳定期的衰亡速度，显著抑制共质体形成以及运动性。cytR基因突变促进菌体运动性，且吲哚对CytR的抑制与直接敲除cytR等效，均可解除其对下游基因deoC（编码脱氧核糖醛缩酶）转录的抑制，增加DeoC表达量。发现DeoC是YS19的抗饥饿调控蛋白，外源添加吲哚提高YS19饥饿存活率的机制是下调CytR的表达进而增加DeoC的表达。同时，吲哚可以通过调控pagR、pcnB、cytR促进YS19对水稻的定殖和促生。此外，本研究还初步探索了D-Tyr和胞外DNA（eDNA）对YS19的影响，发现D-Tyr促进YS19共质体形成，但抑制其生物薄膜形成及外膜蛋白OmpF和麦芽糖转运蛋白MalE的表达；eDNA促进生物薄膜形成，抑制共质体形成。这些研究成果揭示了吲哚对共质体结构形成及生存适应性的影响规律和机制，阐明了吲哚信号调节在内生菌-宿主互作微生态系统中的特殊意义，丰富了对吲哚信号及共质体结构形成的认识。