表面活性素变体介导芽孢杆菌中的种特异性生物膜形成和根定殖

题目：表面活性素变体介导芽孢杆菌中的种特异性生物膜形成和根定殖

特别是由芽孢杆菌属产生的表面活性剂-环状脂肽，能够触发生物膜形成和根定殖，并且对于植物中的生物防治活性和系统抗性至关重要。从苔藓-长叶纽藓中分离的萎缩芽孢杆菌176s产生环状脂肽聚合体、伊枯草菌素和表面活性素，具有抗真菌活性，并且可以保护番茄，莴苣和甜菜抵抗立枯丝核菌感染。在萎缩芽孢杆菌中，我们首次鉴定了变体表面活性素C，其不同于由枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌产生的表面活性素A，其由异亮氨酸代替脂肽主链的位置7处的亮氨酸。完整的表面活性素基因簇的分析揭示，不相似性编码在成细胞的腺苷酸化结构域中，并显示表面活性素变异以物种特异性方式分布在杆菌中。我们证明出具有细微结构差异的表面活性素A和C在生物膜形成和根定殖上具有不同的信号强度，并且特异地作用于各自的生产菌株。作为生物膜形成和根部定殖这是显而易见的，但是在外源性补充的同源和非同源性的枯草杆菌变体的存在下，表面活性素生物合成突变体的群体运动性不同。

芽孢杆菌属细菌包括用于控制植物疾病和促进植物生长的重要植物相关菌株。环状脂肽的三个家族包括表面活性素、伊枯草菌素和环状脂肽聚合体被认为是这些活性中的关键组分，因为它们作为抗真菌和抗菌代谢物，并已显示通过诱导系统抗性刺激植物防御。此外，环状脂肽已被证明在枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌中的生物膜形

成和根定殖中起重要作用。

两亲性表面活性素作为强大的生物表面活性剂，减少沿着根的表面张力，并促进细菌群落到营养丰富的壁龛。表面活性素的生产通常与生物膜形成和随后的根定植相关，并且已经描述了防御诱导活性和表面活性素的量之间的强相关性。此外，表面活性素似乎还涉及在相同生态位中生存的生物之间建立种内和种间通信，并由组氨酸激酶KinC识别的膜扰动感知。

表面活性素由通过酰胺键和内酯键分别与羧基和β-羟基连接到脂肪酸链（从C12到C16的可变长度）连接的环状七肽主链组成，并且它们的合成被称为非核糖体肽合成酶的大型酶介导。负责肽链上氨基酸的选择和募集的腺苷酸化结构域是由在肽部分不同的结构多样的环状脂肽生物合成。已经在解淀粉芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，短小芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌中描述了具有相同肽长度但在氨基酸组成特别是在位置1和7处的差异的表面活性素变体。这些变体中的每一个含有可以在脂肪酸链的长度和分支点两者上变化的同种型。到目前为止，关于给定脂肽家族的组内的变体和同种型的特定作用和功能了解甚少。

萎缩芽孢杆菌是革兰氏阳性、非致病性、孢子形成细菌，通过其暗色素沉着与其他芽孢杆菌不同。它已被用作病原性炭疽芽孢杆菌的替代品，以研究其孢子在安全和军事方面的传播，最近，在植物中发现了新霉菌，一种新的抗真菌蛋白和几种挥发性化合物相关的萎缩芽孢杆菌CAB-1，并被证明有助于抑制黄瓜白粉病。然而，迄今为止还

没有报道B.atrophaeus中其他环状脂肽的产生。

在这项研究中，我们评估了萎缩芽孢杆菌菌株176s的潜力，其生产具有抗真菌活性的环状脂肽和控制植物中的丝核菌感染的能力，并且显示以物种特异性方式产生的表面活性素变体以它们的同源形式作为生物膜形成和根定殖的信号起作用。

小信号分子如高丝氨酸内酯非常好地描述了其在革兰氏阴性细菌中的群体感应信号传导，并且这些分子的结构中的小链长度差异可导致细胞信号传导的实质性差异。然而，天然表面活性素在诱导芽孢杆菌中的强大生物膜的作用。不是很好理解。在枯草芽孢杆菌中，已知五种不同的传感器激酶（Kin AE）通过磷酸化激活主调节剂Spo0A，其反过来触发细胞事件，响应几种环境和生理学线索形成孢子和生物膜形成。表面活性素作为信号分子选择性地诱导钾泄漏并且已知在膜干扰和KinC感知时刺激生物膜形成。最近，还描述了膜结合伴侣蛋白，嵌入芽孢杆菌膜微域中的叶绿素与KinC相互作用以促进特异性信号传导蛋白的有效结合。宿主相关因子也可能调节生物膜形成，相关的组氨酸激酶，特别是KinD，似乎参与了植物根系释放的感应产物。有关组氨酸激酶信号传导或至今未表征的组分涉及表面活性素的变体特异性识别还有待观察。

重要句子：

1.从苔藓-长叶纽藓中分离的萎缩芽孢杆菌176s产生环状脂肽聚合体、伊枯草菌素和表面活性素，具有抗真菌活性，并且可以保护番茄，莴苣和甜菜抵抗立枯丝核菌感染。在萎缩芽孢杆菌中，我们首次

鉴定了变体表面活性素C，其不同于由枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌产生的表面活性素A，其由异亮氨酸代替脂肽主链的位置7处的亮氨酸。

Bacillus atrophaeus 176s isolated from the moss Tortellatortuosa produces the cLPfengycins, iturins and surfactins, possesses antifungal activities and can protect tomato, lettuce and sugar beet against Rhizoctoniasolani infection. In B. atrophaeus we identified for the first time the variant surfactin C, which differs from surfactin A produced by B. subtilis and B. amyloliquefaciens by an isoleucine instead of a leucine at position 7 of the lipopeptide backbone.

2.完整的表面活性素基因簇的分析揭示，不相似性编码在成细胞的腺苷酸化结构域中，并显示表面活性素变异以物种特异性方式分布在杆菌中。我们证明出具有细微结构差异的表面活性素A和C在生物膜形成和根定殖上具有不同的信号强度，并且特异地作用于各自的生产菌株。

The analysis of the complete surfactin gene clusters revealed that the dissimilarity is encoded in the adenylation domain of srfC and show that surfactin variations are distributed in a species-specific manner in bacilli. We demonstrate that the surfactin A and C with subtle structural differences have varying signal strengths on biofilm formation and root colonization and act specifically on the respective producing strain.

3.环状脂肽的三个家族包括表面活性素、伊枯草菌素和环状脂肽

聚合体被认为是这些活性中的关键组分，因为它们作为抗真菌和抗菌代谢物，并已显示通过诱导系统抗性刺激植物防御。此外，环状脂肽已被证明在枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌中的生物膜形成和根定殖中起重要作用。

Three families of cyclic lipopeptides (cLP), surfactins, iturins and fengycins are considered as crucial components in these activities as they act as antifungal and antibacterial metabolites and have been shown to stimulate plant defense by inducing systemic resistance. Moreover, cLP have been demonstrated to play a vital role in biofilm formation and root colonization in Bacillus subtilis and

B. amyloliquefaciens (Ongenaet al., 2007; Romero et al., 2007; Ongena and Jacques, 2008).

4.两亲性表面活性素作为强大的生物表面活性剂，减少沿着根的表面张力，并促进细菌群落到营养丰富的壁龛。表面活性素的生产通常与生物膜形成和随后的根定植相关，并且已经描述了防御诱导活性和表面活性素的量之间的强相关性。

The amphiphilic surfactins act hereby as powerful biosurfactants reducing surface tension alongside roots and facilitating bacterial swarming to nutrient rich niches (Kinsingeret al., 2003; Baiset al., 2004). Surfactin production is often associated with biofilm formation and subsequent root colonization and a strong correlation between defense-inducing activity and the amount of surfactin has been

described (Cowayet al., 2015).

5.最近，还描述了膜结合伴侣蛋白，嵌入芽孢杆菌膜微域中的叶绿素与KinC相互作用以促进特异性信号传导蛋白的有效结合。宿主相关因子也可能调节生物膜形成，相关的组氨酸激酶，特别是KinD，似乎参与了植物根系释放的感应产物。

Recently, it has also been described that the membrane-associated chaperone protein, flotillin (FloT) embedded in the membrane micro-domains of Bacillus, interact with KinC to promote effective binding of specific-signaling proteins (Schneider et al., 2015). Also host related factors might modulate biofilm formation (Beauregard et al., 2013) and related histidine kinases, particularly KinD, seem to be involved in sensing products released by plant roots (Chen et al., 2012).