调控记忆与生长耦联遗传共同塑造沙门氏菌中依赖营养条件的鞭毛数量变异

细菌必须在运动带来的益处与构建鞭毛的代价之间取得平衡，然而营养可得性如何塑造单细胞间鞭毛数量的变异性，仍不清楚。在此，我们将鼠伤寒沙门菌（Salmonella enterica）中具有时间分辨率的基体测量与一个受机制约束的鞭毛重塑随机模型相结合。该模型区分了从营养可得性到鞭毛数量的两条路径：一条是依赖 RflP 的调控记忆路径，它通过一个潜在的感知—记忆变量设定合成目标；另一条是物理继承过程，其中合成、二项式分配和细胞分裂共同重塑鞭毛数量分布。对这一过程进行粗粒化后，可得到泄漏积分器动力学：其中平均鞭毛数追踪一个调控目标，而潜在相关性则遵循获得—衰减动力学。在野生型细胞中，依赖营养的获得过程提高了该目标，并增加了对鞭毛的投入；而在 DrflP 细胞中，获得过程的缺失产生了一个瞬态超调，从而分离出调控状态的内在衰减（记忆）时间尺度。拟合后的模型能够预测一个留出的营养条件，并揭示了哪些参数组合可以由数据辨识。对拟合动力学的分析表明，精确性主要通过依赖感知的信号幅度而非积分时间来调节；在进行均值归一化后，野生型的有效噪声幅度表观增加了 1.7 倍，这与主动调控相对于突变体所付出的精确性代价相一致。一个无模型的信息几何（Cramer--Rao）速度极限进一步表明，主动重塑已接近由观测到的分布变异性所允许的统计速度。综上，这些结果揭示了沙门菌细胞如何将调控记忆与依赖生长的继承过程耦合起来，从而在其鞭毛数量中记录近期的营养历史。

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调控记忆与生长耦合遗传共同塑造沙门氏菌中依赖营养条件的鞭毛数量变异

Arnab Barua，Maria Giralt-Zuniga，Marc Erhardt，Haralampos Hatzikirou

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.10.737737

Arnab Barua 1 哈利法大学数学系； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY-NC 4.0 国际许可协议提供。

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发布于 2026 年 7 月 10 日。

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Arnab Barua，Maria Giralt-Zuniga，Marc Erhardt，Haralampos Hatzikirou

bioRxiv 2026.07.10.737737； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.10.737737

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调控记忆与生长耦合遗传共同塑造沙门氏菌中依赖营养条件的鞭毛数量变异

Arnab Barua，Maria Giralt-Zuniga，Marc Erhardt，Haralampos Hatzikirou

bioRxiv 2026.07.10.737737； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.10.737737

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.10.737737v1?rss=1

🏷️ 沙门氏菌 鞭毛数量变异 营养条件响应 调控记忆 随机动力学模型