研究揭示细菌鞭毛马达E环的起源与演化

　　

中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室高贝乐团队，近日在微生物学领域国际期刊FEMS Microbiology Reviews发表题为“The Ancient E-ring in Bacterial Flagellar Motors”的综述论文。该文章系统梳理了细菌鞭毛马达中E环的研究进展，指出E环是一类在细菌界分布广泛且具有古老起源的鞭毛结构组件，为理解细菌运动纳米机器的起源与结构演化提供了新的视角。南海海洋研究所副研究员朱思琦和博士后冯雪银为论文共同第一作者，研究员高贝乐为通讯作者。

细菌鞭毛是一种高度精密的纳米机器，能够驱动细胞在复杂环境中运动。尽管冷冻电子断层扫描（cryo-ET）技术揭示了鞭毛马达显著的结构多样性，但周质空间中多种辅助支架结构仍缺乏系统研究。其中，E环虽早在1979年就被观测到，但其分子组成与功能长期不明。本团队近期研究证实（Feng et. al, Nat Microbiol., 2026 Mar ;11(3):770-785.）E环由FlgY及其同源蛋白构成，呈现保守的“环-辐条”结构，环绕在MS环上方（图1）。

图1?空肠弯曲菌的鞭毛马达模型

由于E环蛋白在不同物种中序列高度分化且突变表型存在差异，这些蛋白在各物种中被独立命名，鲜有研究将其作为同一类结构进行系统讨论。本文总结了E环的关键进展，指出尽管蛋白序列差异显著，但其结构折叠模式高度相似，均通过二聚化组装成环，并且在马达中的位置极其保守。据此，研究提出E环可能在马达中发挥类似“轴承”的作用，通过包围MS环以保证其稳定旋转。E环的具体功能机制仍有待进一步研究，包括其装配过程、在不同物种中对运动行为的影响，以及与其它周质支架之间的协同作用。

进化分析显示，约三分之二具有鞭毛的细菌编码FlgY同源蛋白。该蛋白广泛分布于多个细菌门类，但在β-和γ-变形菌中普遍缺失（图2）。这一分布模式表明，E环可能起源于细菌的共同祖先，而部分谱系在进化过程中发生了基因丢失，从而挑战了以大肠杆菌为代表的简单鞭毛结构作为原始形态的传统观点。综上所述，E环是细菌鞭毛马达中一种古老的结构模块，其为理解细菌运动系统的起源和演化提供了重要线索。

图2?E环在具有鞭毛的细菌中广泛分布

该研究得到国家自然科学基金、国家科技基础资源调查专项、微生物技术国家重点实验室开放课题以及广东省科技计划等项目的资助。

相关论文信息：Siqi Zhu^#, Xueyin Feng^#, Yanran Liu, Wei Hu, and Beile Gao*. The Ancient E-ring in Bacterial Flagellar Motors. FEMS Microbiology Reviews, 2026.

论文链接：https://doi.org/10.1093/femsre/fuag011

相关视频链接：https://mp.weixin.qq.com/s/TPDU_HeQ6X0cpItc4cFjBQ

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