微生物群體感應信号與胞内核苷酸類第二信使信号在調控病原細菌生理功能與侵染緻病過程中扮演重要角色。因此，鑒定病原細菌信号并解析其調控機制，對于闡明病原細菌緻病機制并開發新型抗菌藥物起到重要推動作用。近日，365英国上市官网在线熱帶生物資源教育部重點實驗室宋施豪副研究員在國際知名期刊Nature子刊《Nature Communications》（中國科學院一區Top期刊，影響因子16.6）發表題為“Regulation of the physiology and virulence of Ralstonia solanacearum by the second messenger 2',3'-cyclic guanosine monophosphate”的研究論文，本研究首次報道了植物病原菌青枯菌（Ralstonia solanacearum）和人體病原菌鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）中核苷酸類第二信使2',3'-cGMP的新型調控機制。這是繼宋施豪副研究員于2020年報道青枯菌新型信号鄰氨基苯甲酸在細菌自身和種間跨界通訊作用機制之後的又一重大發現（The ISME Journal，中科院一區TOP期刊，IF2022=11.217）。

     細菌需要感知外界環境和胞内刺激或信号來調控自身的生理過程，其中核苷酸第二信使（Nucleotide Second Messenger）是細菌響應胞外信号調控自身生理活動的重要胞内信号分子，之前鑒定的核苷酸第二信使（3',5'-cNMP、3',5'-c-di-AMP、3',5'- c-di-GMP、2',3'-cGAMP、(p)ppGpp等）被證實參與調節細菌的多種重要生物學過程，包括生物膜的形成、運動性和緻病因子産生等。

     本研究首次在青枯菌中分離鑒定到第二信使2',3'-cGMP，并證實RSp0334蛋白GGDEF結構域催化2分子2',3'-cGMP生成1分子2',3'-c-di-GMP的全新功能，其關鍵基序為LLARLGGDQF，該研究結果改寫了含GGDEF結構域蛋白為3',5'-c-di-GMP特定合成酶的傳統認識。此外，該研究結果也首次在細菌中鑒定到2',3'-c-di-GMP信号。這一研究結果将為2',3'-c-di-GMP信号的後期研究奠定基礎。

     本研究同時發現2',3'-cGMP通過結合轉錄調控子RSp0980調控青枯菌的重要生物學表型、群體感應系統和緻病毒力。并通過MST、ITC、Chip-seq和EMSA等技術，闡明了2',3'-cGMP以高親和力與RSp0980的REC結構域結合後，阻斷RSp0980與靶基因啟動子DNA的相互作用，從而對青枯菌群體感應系統及相關緻病因子進行調控的機制。令人鼓舞的是，本研究在鼠傷寒沙門氏菌中也發現了同樣的2',3'-cGMP第二信使信号系統，表明這種第二信使信号及其調控機制可能廣泛存在于病原細菌中。總之，本文對病原細菌胞内核苷酸類第二信使信号研究提供了新方向，并将促進核苷酸類第二信使信号研究領域的發展。

     海南大學為本論文共同通訊單位，我院宋施豪副研究員為共同通訊作者，羅海彬教授參與了課題的讨論。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、深圳市科學基金重點項目和中國博士後科學基金等經費支持。

全文鍊接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43461-2