丁香假单胞菌属（Pseudomonas syringae）属于革兰氏阴性植物病原菌，是造成全球范围内农作物感染的主要病原菌之一，可以感染玉米、烟草、番茄、豆科、黄瓜和猕猴桃等50多种农作物。在全球最重要的10种植物细菌病原菌中，丁香假单胞菌被列为第一位。当前，丁香假单胞菌蔓延在世界各大主要作物生产区，已经造成了巨大的经济损失，这使得丁香假单胞菌的防治成为国内外该领域的研究热点之一。

在侵染过程中，丁香假单胞菌最先定植于植物叶片的表面，再利用鞭毛装置运动至叶片背部的气孔，然后进到叶片内部。丁香假单胞菌能够利用III型分泌系统（Type III secretion system，简称T3SS）将一些毒力蛋白（如T3SS效应蛋白）直接注射到宿主细胞内，进而导致宿主致病。

研究结果表明，丁香假单胞菌T3SS被多种环境和宿主信号调控。例如，营养充足的培养基（King’s B medium, KB）显著抑制其表达水平；但当细菌入侵植物细胞或者转移到基本培养基（minimal medium, MM）时，T3SS基因的表达会被迅速激活。丁香假单胞菌能够表达多种转录调控因子来控制T3SS和响应多种环境挑战。

自2015年来，邓新课题组报道了多个调控假单胞菌毒力的关键分子机理和网络（Nature Communications 2019; Nature Communications, 2020; eLife, 2021; mBio, 2019a; mBio, 2019b; mBio, 2020）。尽管之前部分转录因子的作用机制已经被单独研究，但是丁香假单胞菌整个毒力调控网络、各个毒力调控因子之间的相互作用以及这些毒力转录因子被共同调控的功能基因依然不清楚。本研究作者利用Tn5转座突变技术鉴定了5个新的T3SS调控因子(EnvZ-OmpR、CbrAB2、PhoPQ、PilRS和MgrA)，发现3个双组分体系统EnvZ-OmpR、CbrAB2和PilRS负调控T3SS基因的表达（图1）。

图1. OmpR负调丁香假单胞菌胞外多糖的产量（A），正调鞭毛运动能力（B）。CbrA2负调胞外多糖产量（C）。双组分调控系统OmpR（D）、CbrA2（E）和PilR（F）负调T3SS基因的表达。

为了更加清晰地阐明丁香假单胞菌中多个毒力相关调控因子之间的相互作用，本研究作者根据这16个调控因子（包括其他11个已知的转录调控因子AefR, AlgU, CvsR, GacA, HrpL, HrpR, HrpS, PsrA, RhpR, RpoN和Vfr)）在RNA-seq中的差异表达基因（DEGs）与它们在ChIP-seq中的结合位点，构建了一个名为“PSRnet”的丁香假单胞菌调控网络（Pseudomonas syringae Regulatory network）（图2）。

同时，作者提供了一个可视化的在线网络分析平台（https://miaomitan.shinyapps.io/psrnet/）。该平台能够为读者清晰地展现KBRnet和MMRnet的网络框架，也可以用于子网络过滤、主调控因子分析和免费下载服务。

作者共鉴定出了1196个结合靶标，其中在T3SS抑制培养（KB）基中鉴定出1729个差异表达基因（DEGs），在T3SS诱导型基本养基（MM）中鉴定出934个DEGs。更重要的是，作者在KB和MM中分别发现了238和153个参与T3SS和其他毒力相关通路的功能基因（被转录因子直接特异地结合并且同时转录水平有显著变化的基因），这些功能基因是潜在的药物靶点。

图2.丁香假单胞菌动态的毒力调控网络揭示了在不同营养环境中的多个功能基因和直接调控关系。

综上所述，本研究揭示了丁香假单胞菌复杂的动态毒力调控网络，为今后由丁香假单胞菌及其相关植物病原微生物引起的农业病害的防治提供了新的理论依据。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108920