研究背景

水稻条斑病 (Bacterial Leaf Streak, BLS) 作为一种由水稻条斑病菌 (Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc) 引起的常见水稻细菌性病害，对水稻生产构成了严重威胁。深入研究Xoc的致病机理，有助于开发更有效的病害防控策略，从而保障水稻生产的稳定性和粮食安全。LuxR家族调控蛋白除了参与调控Xoc致病性外，还参与调控许多细胞过程，如运动性、胞外多糖、胞外酶和生物膜形成等。

International Journal of Molecular Sciences (IJMS) 期刊于2024年7月11日发表了文章，本文以Xoc为研究对象，研究了LuxR家族调控因子-VmsR在调控致病性及其他细胞过程方面的功能。

研究过程与结果

研究人员鉴定出一个LuxR家族调控因子，并命名为VmsR。研究人员采用同源重组双交换的方法，构建了vmsR全基因缺失的突变株，随后在日本晴水稻上对野生型菌株和突变体∆vmsR进行了致病力测定，结果发现，接种14天后，突变体∆vmsR的致病能力比野生型菌株降低了约48% (图1)。

图1. Xoc菌株的致病力检测。(A) 病斑照片；(B) 病斑长度统计。

研究人员分析了RNA-Seq结果，发现一些运动相关基因在∆vmsR中表达量降低，随后检测了突变体的游动性和涌动性，其中∆vmsR的游动性低于野生型 (图2C, D)，而涌动性大大高于野生型 (图2A, B)。众所周知，细菌的游动性与鞭毛密不可分。在转录组差异表达基因 (Differentially Expressed Genes, DEGs) 中，编码鞭毛丝蛋白的基因fliC引起了研究者的兴趣，RT-qPCR结果显示，fliC在突变体∆vmsR中的表达量低于野生型 (图3B)，vmsR的缺失影响了Xoc鞭毛的合成。EMSA结果表明，VmsR能够在体外结合fliC的启动子 (图3D)。综上，VmsR能够正向调控鞭毛丝的合成。

图2. Xoc运动性检测。(A) 涌动性点板；(B) 涌动性菌落直径统计；(C) 游动性点板；(D) 游动性菌落直径统计。

图3. VmsR正调控鞭毛基因。(A) 鞭毛模式图；(B) RT-qPCR检测鞭毛相关基因 (fliC，fliD，fliS) 表达量；(C) VmsR蛋白的表达；(D) VmsR与fliC的启动子在体外结合；(E) VmsR与fliD的启动子在体外不结合；(F) VmsR与fliS的启动子在体外结合。

涌动性是一个集群运动，涉及很多的因素，其中胞外多糖是引起涌动性的因素之一。因此，研究人员对∆vmsR的胞外多糖进行了定性与定量检测，结果发现，∆vmsR的胞外多糖产量较野生型提高了约2倍 (图4A, B)。EPS是决定生物膜物理化学特性的关键组分，帮助建立生物膜结构和功能的完整性。因此研究人员合理推测，EPS产量的提高会促进生物膜的形成。随后对∆vmsR的生物膜进行了检测，不出所料，∆vmsR的生物膜大大提高。gumB基因是控制EPS输出的关键基因，位于gum基因簇的第一个基因，且该基因簇共用同一个启动子，研究人员通过EMSA实验证实了VmsR能够在体外结合gum基因簇的启动子。

图4. Xoc EPS及生物膜检测。(A) EPS定性检测；(B) EPS定量检测；(C) 生物膜定性检测；(D) 生物膜定量检测。

图5. VmsR负调控gumB基因。(A) RT-qPCR检测gumB表达量；(B) VmsR与gumB的启动子在体外结合。

研究总结

综上所述，这项研究初步探索了VmsR的调控功能，表明其可靶向并促进鞭毛丝基因fliC的表达。鞭毛是细菌重要的运动器官，对于Xoc在水稻叶片表面的定殖、侵染及在体内扩散至关重要。VmsR对fliC的正向调控作用，直接提升了Xoc的致病潜力，使其能够更有效地侵染水稻组织并引发BLS。此外，VmsR对EPS和生物膜形成的负调控，则展示了其在调节Xoc生存策略上的灵活性。EPS和生物膜是细菌应对不利环境的重要保护屏障，但在侵染过程中，过多的EPS和生物膜可能会限制病原菌的扩散和侵染效率。VmsR通过抑制这些过程，可能是在优化Xoc在水稻体内的生存与致病之间的平衡，以确保其成功侵染并扩散。LuxR家族蛋白是细菌中一类重要的转录调控因子，它们在细菌的群体感应和生理调控中发挥着关键作用。随着研究的深入，该项研究有望揭示更多关于LuxR家族蛋白的功能和机制，为预防水稻病害提供新的思路和方法。

原文出自 IJMS 期刊：https://www.mdpi.com/2865694

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IJMS 期刊介绍

主编：Maurizio Battino, Marche Polytechnic University, Italy

期刊发表生物化学与分子生物学、生物材料、生物医学、植物学、生物物理和纳米科学等分子相关领域的研究，目前已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed 等数据库收录。

2023 Impact Factor：4.9

2023 CiteScore：8.1

Time to First Decision：18.1 Days

Acceptance to Publication：2.8 Days