鼠疫耶爾森氏菌由假結(jié)核耶爾森氏菌進(jìn)化而來，進(jìn)化伴隨著多個(gè)基因的獲取、丟失和重排。孫義成課題組之前的研究發(fā)現(xiàn)，鼠疫菌的Rcs磷酸中繼系統(tǒng)調(diào)控生物被膜的形成。與祖先假結(jié)核菌相比，鼠疫菌Rcs系統(tǒng)中的輔助因子RcsA編碼基因發(fā)生突變，導(dǎo)致鼠疫菌生物被膜形成的增加，在鼠疫菌進(jìn)化為蚤傳播菌中發(fā)揮關(guān)鍵作用。鼠疫菌Rcs系統(tǒng)的另外一個(gè)關(guān)鍵基因rcsD發(fā)生了移碼突變，變成了假基因（pseudogene），但并無更深入的研究與分析。

2023年4月4日，孫義成課題組與軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物流行病研究所周冬生課題組及美國華盛頓州立大學(xué)的VivekaVadyvaloo課題組，在《eLife》雜志發(fā)表了題為“A frameshift in Yersinia pestis rcsD alters canonical Rcssignalling to preserve flea-mammal plague transmission cycles”的研究論文，深入闡明了鼠疫菌rcsD移碼突變對Rcs磷酸中繼系統(tǒng)信號通路的影響，并分析了其進(jìn)化意義。研究發(fā)現(xiàn)，移碼突變的鼠疫菌rcsD表達(dá)一個(gè)由稀有翻譯起始密碼子AUU翻譯起始的C端小蛋白RcsD-Hpt，改變了典型的Rcs磷酸中繼系統(tǒng)的信號響應(yīng)通路，導(dǎo)致數(shù)十個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄水平的變化，進(jìn)而影響鼠疫菌生物被膜的形成。進(jìn)一步的研究表明，rcsD基因的移碼不影響鼠疫菌的毒力，但能增加鼠疫菌基因組上一個(gè)毒力區(qū)域（pgm locus）的穩(wěn)定性。因此， rcsD的移碼突變可能是一個(gè)重要的進(jìn)化步驟，在維持跳蚤-哺乳動物鼠疫傳播生活史中發(fā)揮重要作用（圖1）。此外，該研究表明細(xì)菌進(jìn)化中出現(xiàn)的假基因可能有生物學(xué)功能，而稀有翻譯起始密碼子可能在其中發(fā)揮重要作用，這提示我們需要重新認(rèn)識細(xì)菌中的假基因。這項(xiàng)工作促進(jìn)了我們對鼠疫耶爾森氏菌進(jìn)化的理解，也有助于我們對其它病原菌的進(jìn)化的認(rèn)識。

圖1.Rcs系統(tǒng)的突變影響鼠疫菌生物被膜形成及進(jìn)化的模型

研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFC2303200）、國家自然科學(xué)基金（31700072，31670139 和31800120）、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-043）等項(xiàng)目的資助。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所孫義成研究員、軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物流行病研究所周冬生研究員、美國華盛頓州立大學(xué)的VivekaVadyvaloo助理教授為本文的通訊作者，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所郭曉鵬、蚌埠醫(yī)學(xué)院嚴(yán)海芹、軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院微生物流行病研究所楊文慧為本文的共同第一作者。