近日，南京农业大学植物保护学院钱国良教授团队在国际知名期刊Current Biology发表了题为“Effector-Mediated Transcriptional Rewiring Resolves Interbacterial Conflict Through Conserved c-di-GMP Antagonism”的研究论文。
该研究以生防细菌产酶溶杆菌（Lysobacter enzymogenes）与防御假单胞菌（Pseudomonas protegens）为模型，首次揭示了一种细菌解决种间冲突的全新范式——“防御-逃逸”（Defense-Escape）。研究发现，细菌不仅能防御竞争者的攻击，更能通过转录重编程，“劫持”敌方的效应蛋白作为信号分子，从而解除自身的运动抑制，实现战术突围。
在《三国演义》中，诸葛亮利用漫天大雾，将曹军射来的箭矢悉数收纳，反为己用。在土壤微生物复杂的种间博弈中，防御假单胞菌也是一位深谙此道的战略家。面对强敌射来的“利箭”，它没有选择原地死磕，而是上演了一场微观世界的“草船借箭”。
故事的另一方是产酶溶杆菌。它虽然没有鞭毛，但擅长使用Ⅳ型分泌系统（T4SS）这一“纳米注射器”发射生化武器。在这场对决中，产酶溶杆菌向防御假单胞菌发射了一种名为LtaE的效应蛋白。产酶溶杆菌的本意很明确：利用LtaE抑制防御假单胞菌产生抗菌物质，解除防御假单胞菌的武装，从而让自己存活下来。
然而，研究团队发现，当防御假单胞菌接收到LtaE后，并没有像预想中那样被完全压制。相反，它的鞭毛基因表达量激增，游泳速度显著加快，仿佛瞬间开启了“逃逸模式”。这就像产酶溶杆菌扔过来一把锁，试图锁住防御假单胞菌的武器库；结果防御假单胞菌捡起这把锁，把它当成了跑车的钥匙，一脚油门溜之大吉！这种现象被研究团队定义为一种全新的冲突解决方式——“防御-逃逸”（Defense-Escape）。这让防御假单胞菌能够在感知到强敌存在时，迅速撤离，去寻找新的生存空间，这是一种极具进化优势的策略。
为什么敌人的武器会变成逃跑的信号？为了解开这个谜题，研究团队深入分子层面，揭示了其背后的分子机制。在细菌细胞内，有一个著名的“刹车分子”——c-di-GMP（环二鸟苷单磷酸）。通常情况下，高浓度的c-di-GMP会结合鞭毛合成的总司令蛋白FleQ，形成抑制复合物。这就好比给赛车手（FleQ）戴上了手铐，车子自然动不了，细菌因此处于静止或生物膜状态。
精彩的分子博弈：研究发现，来自敌方的效应蛋白LtaE，竟然是一个强力的“劫持者”。通过AlphaFold3结构预测和生化实验（MST、Co-IP等），团队证实：LtaE能直接结合防御假单胞菌体内的FleQ，且结合位置恰好屏蔽了c-di-GMP的结合位点。这意味着，LtaE强行插足，通过竞争性抑制，把FleQ从c-di-GMP的控制下“解救”了出来。即使在细胞内c-di-GMP浓度很高（本应“静止”）的情况下，只要有LtaE存在，FleQ就能重获自由，激活鞭毛基因，驱动细菌逃离危险区域。
AlphaFold3预测的LtaE与FleQ六聚体的复合物模型
从对抗到利用，从静止到逃逸，这项研究不仅重塑了对细菌Ⅳ型分泌系统效应蛋白功能的既有认知，也为理解微生物群落的动态演替提供了新的视角。其揭示的微观生存哲学表明：最极致的防御，或许不是筑墙，而是把敌人的“攻城锤”变成自己的“逃生梯”。
这项研究虽然聚焦于微观分子的博弈，但其揭示的“防御-逃逸”模式，触及了生物防治和合成微生物组构建的核心难题，为该领域提供了全新的解决思路。
一是化“内卷”为“扩张”，提升生防菌的根际定殖力。在复杂的根际土壤中，生防菌往往面临土著微生物的激烈排挤，导致定殖难、存活率低。传统的生防思路是让菌株变得更强壮去硬抗竞争。而本研究提供了一种以退为进的新策略：防御假单胞菌利用竞争者的信号（LtaE）启动鞭毛，这种“逃逸”在生态尺度上表现为快速的空间扩散。这意味着，研究者可以利用这一机制，筛选或改造出能感知环境竞争压力、主动向未被占据的根系生态位扩散的“智能生防菌”。这不仅能规避恶性“内卷”，更能扩大生防菌在作物根系的控制范围，实现更高效的病害防御。
二是解决“一山难容二虎”，构建稳定的人工合成菌群。在构建复合生防菌剂（微生物组组装）时，强强组合往往因种间拮抗而导致群落崩溃。本研究发现的转录重编程机制，实际上是一种基于信号交流的冲突解决机制。研究人员在设计合成菌群（SynComs）时，可以引入信号-响应模块。让菌群成员在感知到彼此存在时，不是相互杀灭，而是通过启动运动或改变代谢及其产生，实现生态位的分化与互补。这种基于冲突驱动演化的组装逻辑，将有助于构建结构更稳定、功能更持久的抗病型根际微生物组。
三是基于“借力”设计，创制环境响应型工程菌。LtaE作为一个能被劫持的信号分子，展示了效应蛋白的多功能性。未来可利用合成生物学手段设计LtaE响应型作物益生菌。让生防菌在检测到病原菌或竞争者的特定信号时，精准启动定殖模式或抗菌模式，从而以最小的代谢代价换取最大的生防效能。
南京农业大学植保学院博士研究生徐富贵为论文第一作者，钱国良教授为论文的通讯作者，钟山青年研究员王冰鑫为论文的共同通讯作者。论文得到中国科学技术大学杨新星教授、南京农业大学窦道龙教授和艾干博士、浙江大学王蒙岑教授、兰州大学何永兴教授、蒙大拿州立大学闫庆教授的大力帮助。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费、博后面上等项目的资助。
近年来，南京农业大学钱国良教授课题组围绕溶杆菌接触依赖型分泌系统开展了系列原创性研究。团队率先揭示了T6SS可通过分泌核酸酶类效应蛋白直接抑制丝状真菌的生长（Lin et al., PNAS, 2025）；发现了杀菌型T4SS能转运毒性效应蛋白抑制病原细菌，揭示了一种独立于次级代谢产物的生防新途径（Shen et al., Environ. Microbiol, 2021）；首次报道了杀菌型T4SS可转运非毒性效应蛋白LqqE1靶向淬灭病原细菌的群体感应（Liao et al., ISME J, 2023），开辟了细菌生防机制研究的新方向；阐明了T4SS效应蛋白LtaE能够突破竞争者的“双重防线”并驱动“合作者”的抗菌行为，揭示了复杂的微生态互作机制（Wang et al., ISME J, 2023, 2024）。在此基础上，本研究进一步发现揭示了生防菌如何在复杂微生态中利用竞争信号规避竞争、实现高效扩散（Xu et al., Cur. Bio, 2025）。这一系列研究系统揭示了产酶溶杆菌分泌系统从直接杀伤到信号干扰再到转录重塑的多维功能演化规律，为利用微生物互作原理开发新型生物防治技术提供了新思路。
原文链接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(25)01612-4
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