吡啶-2,6-二羧酸（dipicolinic acid，DPA）是芽孢杆菌等内生孢子抵抗逆境（如热、辐射）的关键组分，占孢子干重的10-15%。由于芽孢在土壤、水体和动植物表面等环境广泛分布，DPA在环境中也无处不在。据测算仅海洋一公里深的底泥中DPA的含量4.6~35×10⁹吨碳元素，占地球生物质碳库的0.8~6%。DPA在孢子萌发后会迅速释放到环境中去。有意思的是，芽孢杆菌不能回收再利用DPA作为营养源。释放的DPA能被其他多种细菌如无色杆菌、产碱杆菌和贪铜菌等降解利用，但其代谢机制仍是未解之谜。近年来，南京农业大学生命科学学院环境微生物学团队发现产碱杆菌Alcaligenes faecalis JQ135可以高效降解DPA，通过¹⁸O₂稳定同位素标记法测定了DPA的代谢途径，通过转座子随机突变法成功克隆出DPA降解基因簇，命名为“dip”（Int. Biodeterior. Biodegrad. 2021和Appl.Environ. Microbiol. 2022）。然而，细菌降解DPA的转录调控机制尚不清楚。

2024年8月24日，南京农业大学生命科学学院环境微生物学团队在《Nucleic Acids Research》上在线发表了题为”DipR, a GntR/FadR-family transcriptional repressor:regulatory mechanism and widespread distribution of the dip cluster for dipicolinic acid catabolism in bacteria”的研究论文，揭示了新型的GntR/FadR家族转录调控蛋白DipR在细菌降解DPA过程中的调控机制。

图1. 图形摘要

本研究以产碱杆菌Alcaligenes faecalis JQ135为材料，利用RT-PCR、5’-RACE、EMSA、DNase I Footprinting和氨基酸定点突变等方法系统鉴定了DipR的功能，发现dip簇由dipR、dipA、dipBC、dipDEFG、dipH和dipJKLM等6个转录单元组成；DipR蛋白有6个结合位点共享6 bp保守序列5’-GWATAC-3’，且该序列是DipR结合所必需的；氨基酸残基R63、R67、H196和H218在DipR调控中发挥了重要作用；生物信息学分析表明dip簇广泛存在于39个属、80个种细菌中，并随宿主共进化。本研究揭示DPA降解及转录调控机制，为深入理解环境中微生物降解DPA的分子机制以及基于DPA的地球生物炭库物质循环提供新的理论基础。

图2. DipR与宿主共进化分析

南京农业大学生命科学学院博士研究生姜寅虎为论文第一作者，邱吉国副教授为通讯作者，蒋建东教授、何健教授和洪青教授等参与该研究。该研究得到了南京农业大学中央高校基本科研业务费专项资金项目（YDZX2024008）和国家自然科学基金面上项目（32370128，32170128和32070092）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae728