철 제한 ​​조건 하에서 Bradyrhizobium japonicum에서 상향조절된 DSF 불활성화제 RpfB 상동성 FadD

Aug 29, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8701(2023) 이 기사 인용

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식물병원성 박테리아 Xanthomonas campestris pv. campestris(Xcc)는 검은 부패 및 기타 식물 질병을 유발합니다. Xcc는 주로 철분 흡수와 병독성을 중재하는 QS(정족수 감지) 신호로 확산성 신호 인자(DSF)를 감지합니다. RpfB는 이 DSF-QS 회로에서 DSF를 비활성화합니다. 우리는 낮은 철분 조건과 높은 철분 조건에서 Bradyrhizobium japonicum의 차등 유전자 발현 프로파일을 조사한 결과 fadD와 irr이 낮은 철분 조건에서 상향 조절된다는 사실을 발견했습니다(log2 배 변화는 각각 0.825와 1.716). 유사한 단백질 폴딩 패턴과 기능적 도메인 유사성을 갖는 것 외에도 FadD는 Xcc의 RpfB와 58%의 서열 유사성을 공유했습니다. RpfB-DSF 및 FadD-DSF 복합체는 각각 -8.88 kcal/mol 및 -9.85 kcal/mol의 SWISSDock 분자 도킹 점수를 가졌으며 100ns 분자 역학 시뮬레이션 결과는 도킹 결과와 일치했습니다. 그러나 FadD-DSF와 RpfB-DSF의 결합 에너지 사이에는 상당한 차이가 발견되어 FadD 의존성 DSF 회전율이 가능함을 나타냅니다. 단백질-단백질 상호작용 네트워크는 FadD가 또한 상향조절된 ABC 수송체 투과효소(ABCtp)와 간접적으로 연결되어 있음을 보여주었습니다(log2 배수 변화 5.485). 우리는 낮은 철분 상태가 B. japonicum의 fadD 상향 조절에 대한 모방 환경 자극이 되어 DSF를 비활성화하고 철분 흡수 및 DSF 생성 이웃의 병독성을 억제할 수 있다고 추측합니다. 이 발견은 B. japonicum 또는 유전적으로 개선된 B. japonicum을 Xcc에 대한 잠재적인 생물학적 방제제로 사용하는 새로운 옵션을 제공하며 식물 성장 촉진 특성의 추가 이점도 제공합니다.

철은 산소, 규소, 알루미늄 다음으로 지각에서 가장 흔한 원소입니다. 철은 일반적으로 철(Fe2+) 또는 철(Fe3+) 산화 상태로 존재합니다1. 제2철은 지구의 산소화 환경에서 지배적인 형태이지만 상대적으로 낮은 용해도를 가지며 이는 호기성 대사를 하는 박테리아에 대한 도전을 제기합니다. 낮은 pH에서는 가용성이 더 높은 철이 혐기성 또는 미호기성 환경에서 가장 풍부합니다2. 철분은 조절 및 대사 효소의 활동에 필수적이며, 이것이 바로 박테리아 생리학에 필수적인 이유입니다. 그러나 철분은 생리학적 pH에서 전자를 운반할 가능성이 있기 때문에 세포에 독성이 있을 수 있습니다. 박테리아는 철분이 부족할 때 환경에서 적극적으로 철분을 수집하고 철분이 풍부할 때 세포 내 유리 철분의 가용성을 제어하는 ​​메커니즘을 발전시켰습니다3. 이 철 항상성은 독성과 정상적인 세포 과정 모두에 중요합니다1. 철 흡수 조절제(Fur)는 철분 항상성, 병독성 및 산화 스트레스4의 글로벌 전사 조절제입니다. 모피는 대장균(Escherichia coli)5에서 광범위하게 연구되었으며 90개 이상의 유전자의 철 의존성 발현을 조절하는 것으로 나타났습니다6. 모피는 철(공억억제자)과 상호작용할 때 전사를 억제하고, 철이 없으면 전사를 억제하기 때문에 양성 억제자로서 기능합니다6. 모피는 하위 단위당 하나의 철 이온을 결합하는 동종이량체 DNA 결합 단백질입니다. 낮은 철 농도에서 apo-Fur(철이 없는 Fur)의 DNA 결합 친화력은 Fur보다 약 1000배 낮고 활성도가 저하되어 철 흡수, RyhB small RNA 억제, 철 저장 감소 및 감소를 초래합니다. 철-단백질 합성6. Siderophores는 철분 획득을 위해 박테리아에 의해 합성되는 세포외 철분 킬레이트 분자입니다7. 사이드로포어 생산이 불가능한 박테리아 균주는 종종 다른 박테리아 균주에 의해 생산된 사이드로포어를 활용하여 종간 경쟁이나 철분 제한 조건에서 경쟁 우위를 제공합니다8. 박테리아는 헴 흡수 및 철 수송 시스템을 포함한 다른 철 획득 메커니즘을 가지고 있습니다2,9. 그러나, 모피 돌연변이 균주는 적절한 철 항상성이 부족한 것으로 밝혀졌으며, 지속적으로 높은 사이드로포어 생산의 결과로 세포내 철의 농도가 높게 검출되었습니다4. 숙주 식물에서 모피 돌연변이 균주는 산화 스트레스 저항성이 감소하고 병독성 특성이 감소했습니다4,10. 이러한 발견은 식물병원성 박테리아의 병원성에서 철분과 모피의 중요성을 강조합니다.