近日，中國科學院合肥物質院強磁場中心王俊峰研究員課題組在細菌適應性進化研究中取得新進展，為理解細菌如何通過退化進化適應新環境提供了新的視角。相關成果發表在國際期刊Microbiological Research?上。

在細菌界，鞭毛是促進運動的重要細胞器，細菌能夠精準調控鞭毛組裝，以應對環境的快速變化，使這些生物能夠尋求有利的環境和避免不利的因素。然而，鞭毛是一種超巨型蛋白復合物，其生物合成過程復雜，涉及到眾多基因的協調表達和調控，是一項高能耗任務。在某些條件下，缺失這一細胞器可能為細菌帶來能量上的優勢并減輕代謝負擔。比如，細菌可以在饑餓條件下以程序化的方式去除鞭毛，從而減輕與鞭毛組裝和運動相關的高能量消耗。

研究團隊在實驗室條件下，將模式菌丁香假單胞菌Pst DC3000連續轉接700代，隨著傳代次數的增加，其鞭毛丟失，導致運動能力顯著下降，并且這種表型為進化群體帶來了適應性優勢。綜合運用蛋白質組學、基因組學、生化與分子生物學、微生物生理學等多種方法，揭示了Pst DC3000細菌在長期傳代進化過程中鞭毛丟失的分子機制。當鞭毛對生存不重要時，這種復雜的器官就會丟失，從而減輕代謝負擔，提高細菌適應性。在此過程中，還出現了參與鞭毛生物合成的多種適應性基因突變現象，包括fleQ、dksA和glnE。此外，進化后的非運動種群還通過增加表面活性物質的產生，促進了與野生型細胞的“搭便車”現象。本研究不僅揭示了Pst DC3000鞭毛退化進化的內在驅動力，同時也拓寬了對其調控系統的認識，并能更好地理解遺傳和表型水平的適應過程。

強磁場中心王嘉榕為本論文的第一作者，王俊峰研究員和蘭州大學何永興教授為共同通訊作者。該研究工作獲得國家自然科學基金、國家重點研發計劃、安徽省重點研發計劃等項目的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.micres.2024.127969

實驗流程圖

進化過程中的細菌和突變體細菌的swarming運動能力及其鞭毛表型

非運動細菌在swarming運動過程中的“搭便車”現象