近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王俊峰研究员课题组在细菌适应性进化研究中取得新进展，为理解细菌如何通过退化进化适应新环境提供了新的视角。相关成果发表在国际期刊Microbiological Research 上。

在细菌界，鞭毛是促进运动的重要细胞器，细菌能够精准调控鞭毛组装，以应对环境的快速变化，使这些生物能够寻求有利的环境和避免不利的因素。然而，鞭毛是一种超巨型蛋白复合物，其生物合成过程复杂，涉及到众多基因的协调表达和调控，是一项高能耗任务。在某些条件下，缺失这一细胞器可能为细菌带来能量上的优势并减轻代谢负担。比如，细菌可以在饥饿条件下以程序化的方式去除鞭毛，从而减轻与鞭毛组装和运动相关的高能量消耗。

研究团队在实验室条件下，将模式菌丁香假单胞菌Pst DC3000连续转接700代，随着传代次数的增加，其鞭毛丢失，导致运动能力显著下降，并且这种表型为进化群体带来了适应性优势。综合运用蛋白质组学、基因组学、生化与分子生物学、微生物生理学等多种方法，揭示了Pst DC3000细菌在长期传代进化过程中鞭毛丢失的分子机制。当鞭毛对生存不重要时，这种复杂的器官就会丢失，从而减轻代谢负担，提高细菌适应性。在此过程中，还出现了参与鞭毛生物合成的多种适应性基因突变现象，包括fleQ、dksA和glnE。此外，进化后的非运动种群还通过增加表面活性物质的产生，促进了与野生型细胞的“搭便车”现象。本研究不仅揭示了Pst DC3000鞭毛退化进化的内在驱动力，同时也拓宽了对其调控系统的认识，并能更好地理解遗传和表型水平的适应过程。

强磁场中心王嘉榕为本论文的第一作者，王俊峰研究员和兰州大学何永兴教授为共同通讯作者。该研究工作获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省重点研发计划等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.micres.2024.127969

实验流程图

进化过程中的细菌和突变体细菌的swarming运动能力及其鞭毛表型

非运动细菌在swarming运动过程中的“搭便车”现象