层级调控级联定义了金黄色葡萄球菌天然转化的时间窗口

自然转化（natural transformation, NT）是水平基因转移的主要机制之一，它促进细菌基因组可塑性，并有助于抗生素耐药性的传播。NT 需要细菌进入感受态，即一种由环境信号诱导的、短暂且受到严格调控的生理状态。尽管近期已在人类病原体金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）中证实存在感受态，但调控其发生的调控架构及时间协调机制仍然知之甚少。利用高灵敏度的荧光素酶基础转录报告系统，我们证明了金黄色葡萄球菌中 NT 基因的表达具有瞬时性，从而界定了 DNA 摄取与重组得以发生的时间窗口。我们进一步鉴定出两类具有不同调控需求和激活动力学特征的 NT 基因：I 类基因同时依赖 SigH 和 ComK1，其激活时间比仅由 ComK1 独立调控的 II 类基因晚约 2.5 小时。从机制上看，我们证明了 ComK1 可激活 sigH 的转录，从而建立起一个分层级的调控级联，这解释了其在 I 类基因表达中的关键作用。最后，时间分辨转录组分析鉴定出全局调控因子 CodY 是感受态形成的早期调控因子，它通过差异性调控 comK1 和 sigH 的转录，将代谢适应与感受态发育联系起来。综上，我们的研究界定了调控金黄色葡萄球菌感受态形成的调控架构，并揭示了分层级调控级联如何整合环境和代谢信号，将水平基因转移限制在一个精确的发育时间窗口内。该研究为理解细菌如何通过 NT 协调生理适应与基因组多样化提供了机制性框架。

自然转化（natural transformation, NT）作为水平基因转移的主要机制之一，促进了细菌基因组的可塑性，并有助于抗生素耐药性的传播。NT 需要感受态的形成，即一种由环境信号诱导的、短暂且受到严格调控的生理状态。尽管近期已在人类病原体金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）中证实存在感受态，但调控其发育的调控架构及时间协调机制仍知之甚少。利用一种高灵敏度的荧光素酶基础转录报告系统，我们证明了 S. aureus 中 NT 基因的表达具有瞬时性，从而界定了一个可发生 DNA 摄取与重组的时间窗口。我们进一步鉴定出两类具有不同调控需求和激活动力学的 NT 基因：I 类基因同时依赖 SigH 和 ComK1，其激活时间较仅受 ComK1 调控的 II 类基因约晚 2.5 小时。机制上，我们证明 ComK1 可激活 sigH 的转录，从而建立了一个层级式调控级联，解释了其在 I 类基因表达中的关键作用。最后，时间分辨转录组分析鉴定出全局调控因子 CodY 是感受态形成的早期调控因子，其对 comK1 和 sigH 转录进行差异性调控，从而将代谢适应与感受态发育联系起来。综上，我们的研究界定了支配 S. aureus 感受态发育的调控架构，并揭示了层级式级联如何整合环境和代谢信号，将水平基因转移限制在一个精确的发育时间窗口内。本研究为理解细菌如何通过 NT 协调生理适应与基因组多样化提供了机制性框架。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.03.742410v1?rss=1

🏷️ 金黄色葡萄球菌 天然转化 感受态调控 水平基因转移 转录调控级联 抗生素耐药传播