［本站讯］近日，山东大学微生物技术国家重点实验室李越中教授团队在mBio杂志上在线发表了题为“Dosage constraint of the ribosome-associated molecular chaperone drives the evolution and fates of its duplicates in bacteria”的研究论文。微生物技术国家重点实验室博士生万田雨为第一作者，李越中教授和卓丽副研究员为共同通讯作者，微生物技术国家重点实验室为第一完成单位。

蛋白质的正确折叠与组装是细胞行使正常生理功能的基础，分子伴侣则控制着蛋白质的折叠、组装、展开、分解、转运、激活、失活、解聚和降解，是细胞正常生存必不可少的一部分。黏细菌具有丰富的多细胞群体行为和广泛的环境适应性，被认为是研究细菌细胞识别与互作、细胞通讯、多细胞形态发生以及生命进化的重要模式生物材料。与其复杂的生活史相适应的是，黏细菌具有庞大的基因组和大量重复基因，其中包括分子伴侣基因，各家族内重复拷贝分别参与了细胞的不同生理过程，产生了一定的功能分歧。对黏细菌多拷贝分子伴侣的研究提示了重复基因与菌株个体之间协同的适应性进化：一方面，重复基因为黏细菌细胞新功能的扩展提供了遗传物质基础；另一方面，黏细菌多样的生命活动和广泛的环境耐受性所需要的复杂调控为重复基因的功能分歧提供了空间。

本文表征了核糖体相关分子伴侣trigger factor（TF）在细胞中的剂量限制及其产生机制，并发现这一剂量限制可以通过敲除TF的N端结构域而避免。TF在绝大多数细菌中是单拷贝的，即使是多拷贝TF存在的细菌中也只保留了1个结构完整的拷贝，其他拷贝的N端结构域缺失，描述为“1+n”特点。在1+n细菌中，缺陷的TF同源蛋白进化出了与菌株特性相适应的功能分歧。因此，这种剂量限制驱动了细菌中TF重复基因的进化和命运，本文提出了“conservation and domain-degeneration”模型用于描述这种结构域主导的剂量限制下的进化命运。以TF为例，揭示了严峻的进化阻力下重复基因如何逃避限制而留存下来，为研究多拷贝分子伴侣的协调与稳定及其在合成生物学方面的改造利用提供了基础。

分子伴侣trigger factor（TF）重复拷贝的剂量限制与进化命运模式图

该研究成果得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、江苏省自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金以及微生物国家重点实验室揭榜挂帅等项目的资助。山东大学生命环境研究公共技术平台为该工作提供了重要技术支持。