近日，我所微生物合成生物学与生物转化团队揭示了细菌调节三维基因组结构变化以适应环境胁迫的分子机制。相关研究成果发表在《核酸研究（Nucleic Acids Research）》上。

运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）具有特殊的生理生化特性，不仅可作为一种新的合成生物学底盘用于秸秆等生物质资源高效及高值转化，也在食品、健康及医药等领域也展示了广阔的应用前景。然而，在秸秆等生物质资源转化过程中，微生物面临一系列的环境胁迫压力，导致生物转化效率大幅下降。

研究团队前期通过基因组重组等技术选育具有抗逆特性的运动发酵单胞菌细胞工厂，大幅提升了其生物转化效率，并发现了基因组突变与抗逆表型间不匹配的现象。为深入阐释“基因组结构变异与抗逆表型形成的关系”，研究人员利用染色体构象捕获技术，研究了基因组突变和环境胁迫作用下运动发酵单胞菌高阶染色体结构。结果表明基因组突变仅影响局部染色体互作，而乙酸和呋喃甲醛的胁迫则限制了长距染色体互作，并显著改变了染色体在结构域尺度上的组织结构。研究人员进一步揭示了一类新的染色体动态调节蛋白Fur家族，其缺失严重影响了运动发酵单胞菌抗逆乙酸和呋喃甲醛表型。联合多组学分析阐明了Fur家族参与协调染色体三维动态以及调节抗逆基因表达应对环境胁迫的分子机制。该研究从全新的角度阐释了“结构决定功能”这一核心分子生物学问题，揭示了抗逆表型形成的分子机制，不仅为认识原核生物基因组结构与功能的关系提供新的科学依据，也为从三维基因组层面进行工程菌株的理性设计奠定了基础。

该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目支持。

原文链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae318/7666989