如同人类社会一样，微生物群体内部具有明确而细致的劳动分工，不同的细胞亚群负责执行不同的任务且彼此相互合作。产生并共享的“公共物品（public goods）”是微生物维持群体稳定的关键因素，但是微生物群体中会出现不产生但只利用群体“公共物品”的“欺骗者（cheater）”，不劳而获的“欺骗者”由于不需要额外耗能生产“公共物品”而在群体中具有生长优势，如果“欺骗者”逐渐增多，将导致群体崩溃。所以，微生物群体发展出惩罚“欺骗者”的机制以维护群体稳定。

近日，国际著名生物学综合性期刊《eLife》正式刊出了我院沈其荣院士团队张瑞福教授课题组的最新研究成果“A toxin-mediated policing system in Bacillus optimizes division of labor via penalizing cheater-like nonproducers”。微生物肥料菌种芽孢杆菌SQR9能通过非核糖体途径合成新型抗菌物质bacillunoic acids（BAs），且BAs对同种芽孢杆菌具有拮抗活性，菌株SQR9通过编码一个特异的ABC转运蛋白实现自身对BAs的免疫，而且该转运蛋白受到BAs的诱导表达（Wang et al., Environmental Microbiology，2019）。本研究发现菌株SQR9在形成多细胞的生物被膜时存在劳动分工，细胞分化为合成群体“公共物品”（胞外基质）的细胞亚群（合作者）和不合成“公共物品”的细胞亚群（欺骗者）。“公共物品”（胞外基质）和BAs的合成受到同一个调控蛋白Spo0A磷酸化的调控，群体中不产生“公共物品”的“欺骗者”也不能合成BAs，发挥BA免疫作用的特异转运蛋白也不能被诱导表达，“欺骗者”就会被群体中“合作者”产生的BAs杀死，从而达到了惩罚“欺骗者”、维持群体稳定的目的。该惩罚系统不仅有助于消除群体中不合成胞外基质的“欺骗者”，也提高了其他公共物质如蛋白酶和铁载体的产量，从而提高了群体在逆境条件下和根际的定殖稳定性及生态适应性。本研究揭示了微生物群体协调分工和维持稳定的新机制，也为提高微生物肥料的生态稳定性提供了理论支持。

博士生黄蓉为论文第一作者，张楠教授和张瑞福教授为共同通讯作者，沈其荣院士、邵佳慧老师、徐志辉副教授、荀卫兵副教授参与了该项研究。本研究得到国家自然科学基金等项目的资助。

全文链接：https://elifesciences.org/articles/84743