在自然环境中，细菌经常会遇到不同种类的有害物质，这些有害物质严重威胁着细菌的生长。细胞被膜是细菌抵抗外界的抗菌物质、氧化物质以及其它外界压力的第一道防线，位于细胞被膜上的压力反应系统（Envelope Stress Response，ESR）能够在细菌面对外界压力时，启动一系列防御机制，从而保持细菌细胞被膜的稳态，保障细菌的正常生长[1]。因此，ESR是调控细菌耐药性的重要机制。过去的研究在大肠杆菌等细菌中发现了5种广泛存在的ESRs，它们分别是Bae、Cpx、RpoE (σ^E)、Rcs和Psp[1,2]，然而，除此之外，尚不清楚是否还存在其他广泛分布的ESR用于介导细菌对靶向细胞被膜抗生素的抵抗。

zeamines是一类高效的抗菌物质，能够抑制真菌、卵菌、线虫和细菌的生长[3-5]。与阳离子抗菌肽polymyxin B相似，zeamines通过作用于革兰氏阴性细菌的细胞被膜，抑制细菌的生长[6]。在前期研究中，华南农业大学张炼辉教授团队发现，zeamines在较低的浓度下（5 μg/ml）能显著诱导水稻细菌性基腐病菌Dickeya oryzae中zeamines抗性基因desAB的表达，而高浓度的polymyxin B却不具有同样的效果[7]。因此，作者推测，D. oryzae依赖一套新型信号转导系统去响应和抵抗zeamines。文章在研究水稻细菌性基腐病菌D. oryzaeEC1的zeamines响应和抗性机制过程中，揭示了一种由DzrR蛋白介导的广泛存在于革兰氏阴性细菌的新型细胞被膜压力反应。

该研究以desAB基因高表达的D. oryzae突变体∆zmsK为对象，构建desAB基因报告菌株∆zmsK(pP_desAB-Gfp)。通过Tn5随机转座插入突变的方法，鉴定了一个位于desAB基因下游的基因dzrR（图1A）。通过基因敲除、基因互补、实时荧光定量PCR（RT-qPCR）和抗生素最低抑制浓度（MIC）测定实验，证明了在zeamines存在的条件下，dzrR基因的突变会降低D. oryzae菌株desAB基因的表达量（图1B），降低细菌对zeamines的耐受程度。研究通过凝胶迁移实验（EMSA）证明DzrR蛋白能结合到desAB基因的启动子区P_desAB；进一步通过EMSA和DNase I保护足迹测序分析（DNase I protection footprint sequencing assay）实验，鉴定到DzrR蛋白在desAB基因启动子区的结合序列（图1C）。

图1 DzrR基因的鉴定及功能研究

（图源：Liang Z, et al., BMC Biology, 2023）

研究中通过检测不同结构的靶向细胞被膜抗生素和化学信号物质对报告菌株∆zmsA(pP_desAB-Gfp)荧光值的影响，发现DzrR蛋白能够介导靶向细胞被膜的抗生素氯丙嗪、氯己定和辛菌胺对desAB基因表达的调控（图2），同时，发现DzrR蛋白的调控通路不依赖于广泛存在于细菌的Bae、Cpx、RpoE (σ^E)、Rcs和Psp系统（图2B），因此DzrR蛋白介导一种新型的ESR。

图2 靶向细胞被膜抗生素通过DzrR蛋白调控desAB基因的表达

（图源：Liang Z, et al., BMC Biology, 2023）

通过氨基酸序列比对分析，发现DzrR同源蛋白广泛存在于Dickeya、Ralstonia和Burkholderia等多种动植物病原细菌中（图3A和C）。在突变体∆dzrR中异源表达来源于Dickeya、Ralstonia和Burkholderia的dzrR同源基因，能够提高突变体∆dzrR中desAB基因的表达量（图3D），增强突变体∆dzrR对zeamines的抗性。更重要的是，来源于B. cepaciaATCC 25416的DzrR同源蛋白DzrR₂₅₄₁₆同样能够结合到P_desAB的特定区域（图3B和E）。

图3 DzrR同源蛋白在Dickeya、Ralstonia和Burkholderia中保守存在

（图源：Liang Z, et al., BMC Biology, 2023）

在不同的革兰氏阴性细菌中，虽然dzrR与desABC的基因排布不同（图4A），desABC基因簇的基因结构存在差异（图4A），但desAB同源基因的启动子区均含有保守的DzrR蛋白结合位点dzrR box（图4B）。EMSA和DNase I protection footprint sequencing assay实验证实，B. cepaciaATCC 25416的DzrR同源蛋白DzrR₂₅₄₁₆也能够结合到desAB同源基因的启动子区P_des25416（图4C和D）。进一步的研究发现，B. cenocepacia H111中DzrR同源蛋白DzrR_H111能够介导细菌对抗生素氯己定的反应和抗性（图4E和F）。因此我们推测，DzrR调控desAB基因表达机制在Dickeya、Ralstonia和Burkholderia属细菌中具有保守性。

图4 DzrR和desABC在Dickeya、Ralstonia和Burkholderia中的调控关系

（图源：Liang Z, et al., BMC Biology, 2023）