人才强校 | “高静压与温度协同诱导芽孢萌发的细胞与分子机制”＂课题组

本网讯 食品科学与营养工程学院/国家果蔬加工工程技术研究中心胡小松教授主持承担的国家自然科学基金重点项目“高静压与温度协同诱导芽孢萌发的细胞与分子机制”（31530058）＂课题组(张燕副教授和周兵博士研究生)与以色列希伯来大学Sigal Ben-Yehuda合作，在PNAS杂志发表论文“精氨酸去磷酸化促进芽孢萌发”。该研究以枯草芽孢杆菌为模式生物，首次揭示了精氨酸磷酸化/去磷酸化修饰在调节芽孢萌发中的作用机制。

食品工业一般采用高温灭菌法来杀灭芽孢，但会对食品品质和营养成分造成严重破坏。寻找更温和的杀菌方式是食品加工领域的关键问题。芽孢萌发会使得芽孢打破休眠，失去抗性，是芽孢复苏的必要生理过程。先诱导芽孢萌发使其失去抗性，然后用较温和的方式来杀灭萌发的芽孢，或者寻找能够抑制芽孢萌发的天然物质，抑制芽孢萌发，使其处于休眠状态，都有可能成为食品中芽孢控制的有效途径。由此，芽孢休眠和萌发是解决食品中芽孢的核心问题。但是，目前芽孢休眠和萌发的分子机制不清楚。

本论文以枯草芽孢杆菌为模式生物，设计了以转座子突变为基础的筛选体系，鉴定出精氨酸磷酸酶YwlE的破坏会延缓芽孢的萌发。进一步研究精氨酸磷酸酶YwlE和精氨酸磷酸激酶McsB对芽孢萌发的影响，发现敲除YwlE会延缓芽孢萌发，而敲除McsB会加快芽孢萌发。为了寻找YwlE的靶标蛋白，对∆ywlE休眠芽孢进行了磷酸化蛋白组学分析，鉴定了一系列对细菌生长起关键作用的精氨酸磷酸化修饰的蛋白，其中包含了在细菌生命活动中起重要作用的翻译因子Tig和转录因子SigA。接下来利用拟磷酸/去磷酸化的方法探究了YwlE靶标分子—翻译因子Tig的磷酸化状态对芽孢萌发的影响，发现磷酸化的Tig会延缓芽孢萌发，进一步研究了Tig的磷酸化对芽孢萌发过程中蛋白合成的影响，发现了磷酸化Tig能延缓芽孢萌发过程中蛋白的合成，最后通过细胞生物学和生物化学的方法探究了磷酸化修饰对Tig与核糖体结合能力的影响，发现磷酸化会破坏Tig与核糖体的结合。此外，研究了YwlE靶标分子—转录因子SigA的磷酸化对芽孢萌发的影响，发现磷酸化SigA会抑制芽孢萌发，进一步利用体外转录方法和检测体内特定基因的转录水平发现芽孢萌发过程中有转录的发生，并且受到SigA的磷酸化/去磷酸化状态的调控。该工作为食品中芽孢的控制提供了理论基础。

中国农业大学为本文的第一作者单位，食品科学与营养工程学院/国家果蔬加工工程技术研究中心博士研究生周兵为该论文的第一作者，张燕副教授为本工作的主要参与人。该研究也得到了国家十三五重点研发计划“特殊保障食品制造关键技术研究及新产品创制（2017YFD0400500）”和欧洲科学研究委员会高级项目“细菌对其周围环境的响应机制”（339984）的支持。