Page 36 - 《华中农业大学学报》2024年第4期

28 华 中 农 业 大 学 学 报 第 43 卷

质分子链的构象、取代基和环境条件 ［44］ 。在胞内信 更强的键桥结构，提高黏附的稳定性 ［45］ 。细菌黏附
号的作用下，跨膜黏附蛋白构象发生变化，能更有效 过程是一个复杂的多步骤过程，涉及不同类型的黏
地与细胞外基质中的配体结合，随后通过增加黏附 附蛋白及其与根际固相表面的相互作用，解析这些
蛋白分子的密度进一步增强黏附。整合素可以通过 界面反应机制对于理解细菌在根际环境中的定殖和
与二价阳离子结合，促使跨膜黏附蛋白与配体形成 生存具有重要意义。
表2 芽孢杆菌参与界面黏附的生物分子及其作用机制
Table 2 The biomolecules and mechanisms for the adhesion of Bacillus

菌株 黏附分子 黏附机制 参考文献
Strains Adhesion molecules Adhesion mechanism References
B. subtilis ydaJ-N操纵子调控的胞外多糖 增加EPS，促进团聚 [46]
Exopolysaccharides regulated by the ydaJ-N operon Increase EPS and promote agglomeration
TapA促进TasA形成丝状体，促进生物膜结构稳定
TasA,支撑蛋白TapA [41]
B. subtilis TapA promotes TasA to form filaments and stability of
TasA, supporting protein TapA
biofilm structure
胞外基质蛋白TasA 诱导杆菌烯，抑制表面活性剂
B. subtilis [47]
Extracellular matrix protein TasA Induces bacillaene and inhibits surfactin
B. amyloliquefaciens 影响疏水性
ClpA-D [48]
FZB42 Affects hydrophobicity 图2 细菌根际黏附过程及机制研究方法
细胞壁磷壁酸 表面活性剂 Fig. 2 Research methods of bacterial rhizosphere adhesion mechanisms
B. velezensis SQR9 [49]
Teichoic acids Surfactin ［59］
的功能分子，解析其结构组成及根际定殖的分子机 能 。此外，分子动力学（MD）模拟能够在原子水平
肽聚糖水解酶 LytB、鞭毛蛋白FliD 蛋白质参与多种黏附作用
B. velezensis SQR9 [40] 制，对于功能微生物基因资源的挖掘利用、生物有机 下解析蛋白质分子与根系不同类型植物分子的动态
Peptidoglycan hydrolase LytB, flagellin FliD Proteins involved in a variety of adhesion
肥的创制有重要意义。受限于对细菌功能分子的认 作用机制，为微生物根际定殖提供新思路。
4 细菌根际黏附界面过程和机制研 D）通过监测 B. subtilis 扩展蛋白 BsEXLX1 在木质素 识不足和根际环境的复杂性，目前关于根际定殖的 3）建立细菌根系定殖的原位研究新方法。微流
究方法 上的实时吸附-解吸，发现 BsEXLX1 可以破坏纤维 相关研究以分子生物学和生物信息学手段为主，界 控芯片是细菌根系定殖原位研究的重要观察装置，
素与葡聚糖之间的氢键，从而更好地与纤维素结 面作用机制研究较少。针对上述问题，应加强以下 已应用于拟南芥和水稻等根系细菌定殖过程的研
随着技术的不断进步，越来越多的方法用来可 合 ［52］ 。等温滴定量热（isothermal titration calorime⁃ 几方面研究： 究，结合激光共聚焦 CLSM 可实时探测微生物定殖
视化细菌的黏附定殖过程（图 2）。扫描电子显微镜 try，ITC）和表面等离振子共振（surface plasmon res⁃ 1）加强细菌 EPS 和植物分泌物中多糖分子组成 的数量和空间结构。未来亟需建立普适的微流控观
和冷冻电子显微镜可以提供细菌黏附原子分子层面 onance，SPR）可以评估生物分子之间作用的能量特 的研究。由于多糖分子在单糖组成、糖苷键连接、分 测平台，实时观察和分析细菌在不同植物根系表面
的信息，观察发现葡萄糖浓度的增加使 B. thuringien⁃ 征，研究显示主链中疏水性和芳香族部分含量较高 支和聚合度上的高度多样性，导致细菌胞外多糖纯 的定殖和相互作用。同时，结合根际代谢物实时采
sis KPWP1产生了更多的 EPS，同时促进细胞之间的 的糖类大分子与凝集素伴刀豆球蛋白 A 具有较高的 化、分离、定量和鉴定过程十分复杂 ［22］ 。同时，目前 样和流动分析系统，有望实现对根际微生物黏附及
紧密团聚 ［17］ 。微流控技术结合激光扫描共聚焦显微 亲和力 ［53］ 。原子力显微镜（atomic force microscope, 多糖物质的结构分辨率不高，结构识别与鉴定相比 其与植物相互作用更加深入的理解。
镜（confocal laser scanning microscopy，CLSM）和绿 AFM）可以用来解析生物分子结构，并直接探测生物 蛋白质研究更加迟缓，对其三维结构组成的鉴定充
色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）标记可 分子间的作用力，利用单细胞力谱发现 Staphylococ⁃ 满了挑战。通过采用液相色谱-质谱联用技术（LC- 参考文献 References
以实现细菌的原位实时观测，直接获取 B. subtilis 在 cus aureus通过表面纤连蛋白结合蛋白 A引起细胞团 MS）逻辑衍生序列串联质谱法（LODES/MSn）、化
拟南芥根系表面定殖的数量和位置 ［50］ 。微流控装置 聚，从而促进黏附 ［54］ 。分子动力学（molecular dy⁃ 学解聚、寡糖测序和糖苷键定量相结合的新策略，逐 ［1］ TRIVEDI P，LEACH J E，TRINGE S G，et al.Plant-microbi⁃
具备透光、内部结构可调的优势，为根系生长和原位 namics,MD）模拟可提供相互作用的分子构型信息， 步实现了对玉米、地衣素多糖组成和一级结构的表 ome interactions：from community assembly to plant health［J］.
Nature reviews microbiology，2020，18（11）：607-621.
观察根际微生物定殖过程提供了条件，通过独立的 结合电镜观察，展示了细菌 Tas A蛋白如何从单体组 征 ［22， 56］ 。方法学上的发展与应用增强了我们对多糖
［2］ ZHANG R F，VIVANCO J M，SHEN Q R.The unseen rhizo⁃
腔室设计，可以同时监测多个腔室中根系表面微生 装成富含 β折叠的纤维，以及这些纤维如何在生物膜 结构及其功能之间的理解，为进一步阐释多糖分子 sphere root-soil-microbe interactions for crop production［J］.
物定殖的动态过程。此外，全内反射荧光显微镜也 中组装成束 ［55］ 。这些方法极大拓展了我们对细菌界 参与的细菌根际定殖机制打下了基础。 Current opinion in microbiology，2017，37：8-14.
被用于研究细菌定殖的微观过程，观察发现链球菌 面黏附分子机制的认识。 2）深入阐明 EPS 中黏附功能蛋白质的作用机 ［3］ KNIGHTS H E，JORRIN B，HASKETT T L，et al. Deci⁃
Streptococcus salivarius HB7 在疏水性表面上的垂直 5 问题和展望 制。EPS 蛋白质组分发挥着胞外酶和结构蛋白的功 phering bacterial mechanisms of root colonization［J］.Environ⁃
运动振幅减小，更有利于其黏附 ［51］ 。 能 ［57］ 。目前有关蛋白质结构的研究方法主要以 X 射 mental microbiology reports，2021，13（4）：428-444.
［4］ 王福生，陈华癸，李阜棣 .土壤中大豆根瘤菌之间竞争结瘤的
更多界面相关研究方法从作用能、化学键、分子 虽然越来越多的研究开始关注细菌 EPS、植物 线、核磁共振、冷冻电子显微镜为主 ［58］ ，计算方法可
研究：Ⅰ、免疫荧光抗体技术在根瘤菌个体生态学研究中的
构型等微观层面解析细菌的根际黏附机制。耗散型 根系分泌物的组成，但关于其分子组成、结构和黏附 以利用 Jpred4 和 AlphaFold 预测其二级和三级结构， 应用［J］. 华中农学院学报，1985，4（3）：38-47.WANG F S，
石英晶体微天平（quartz crystal microbalance，QCM- 功能作用之间的关系还了解较少。识别微生物定殖 并与蛋白数据库和蛋白结构域数据库对比预测其功 CHEN H G，LI F D.Studies on competition for nodulation be⁃