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来自英国邓迪大学的研究人员发表了题为“The prokaryote messenger c-di-GMP triggers stalk cell differentiation in Dictyostelium”的文章，首次在一种原核生物粘菌(Dictyostelium)的所有主要类群中发现了真核生物的双鸟苷酸环化酶（diguanylate cyclase），这不仅解答了长期以来关于诱导形态发生的一个谜团，而且也有助于解析真核生物中的相关作用机制。这一研究成果公布在Nature杂志在线版上。
生物通报道：来自英国邓迪大学的研究人员发表了题为“The prokaryote messenger c-di-GMP triggers stalk cell differentiation in Dictyostelium”的文章，首次在一种原核生物粘菌(Dictyostelium)的所有主要类群中发现了真核生物的双鸟苷酸环化酶（diguanylate cyclase），这不仅解答了长期以来关于诱导形态发生的一个谜团，而且也有助于解析真核生物中的相关作用机制。这一研究成果公布在Nature杂志在线版上。
文章的第一作者是邓迪大学陈志辉教授，他此前在英国设菲尔德大学和格拉斯哥大学，主要以植物碳、氮、磷营养代谢过程中的关键酶PEPCK(磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶)、PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)及其激酶为研究对象，进行了从基因表达至酶活性调控等多层次的研究，2006年加入英国邓迪大学生命科学学院细胞与发育生物学系，研究细胞发育过程中的cAMP信号传导。
盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）是一种“土壤阿米巴”，以吞食细菌为生。在营养丰富条件下，以单细胞形式存在；一旦食物匮乏，单个细胞聚集成多细胞体，细胞历经细胞丘、蛞蝓体、拔顶阶段完成发育和分化过程，最终形成由孢子细胞和柄细胞组成的子实体。
这种结构包含一个由柄细胞(stalk cell)柱支撑的球孢子团，以及一个基盘，之前的研究发现聚酮化合物（polyketide）DIF-1能诱导体外柄状细胞，会在早期被隔离，但是也有研究表明这个化合物在体内能抑制基盘的形成，那么这其中的机制到底是什么呢？在这篇文章中，研究人员发现粘菌的双鸟苷酸环化酶（diguanylate cyclase）：DgcA能生成环鸟苷二磷酸(c-di-GMP)，而后者则会引起柄细胞分化——c-di-GMP是一种广泛存在于细菌中的第二信使，由双鸟苷酸环化酶合成，并诱发无柄以及生物膜的形成。
研究人员证明扰乱DgcA基因的表达会阻断团状向柄细胞成熟和表达这一过程的转变，并且这种情况能通过让DgcA缺陷型细胞与野生型分泌产物，或者c-di-GMP接触后得到恢复。
除此之外，c-di-GMP还能诱导被稀释的细胞单层中stalk基因的表达。因此这些研究成果不仅解决了一个长期以来难以解析的stalk诱导多态性的问题，而且还为解析真核生物中c-di-GMP的作用提供了依据。
关于c-di-GMP，近期来自北大生命科学学院的研究人员解析了一种关键接头及感应蛋白STING胞内部分的Apo蛋白及其与c-di-GMP复合物的晶体结构，提出STING具有一个“盖子”（lid）区域，在没有结合c-di-GMP前，这个区域具有较高柔性，易于敞开；一旦感应及结合c-di-GMP后，这个“盖子”区域就会与其它部分一起形成更加稳定的结构，非常牢固的结合c-di-GMP，复合物也进一步稳定了同源二聚体结构。这也为进一步解析c-di-GMP的作用提供了又一方向。
（生物通：张迪）
原文摘要：
The prokaryote messenger c-di-GMP triggers stalk cell differentiation in Dictyostelium
Cyclic di-(3′:5′)-guanosine monophosphate (c-di-GMP) is a major prokaryote signalling intermediate that is synthesized by diguanylate cyclases and triggers sessility and biofilm formation1, 2. We detected the first eukaryote diguanylate cyclases in all major groups of Dictyostelia. On food depletion, Dictyostelium discoideum amoebas collect into aggregates, which first transform into migrating slugs and then into sessile fruiting structures3. These structures consist of a spherical spore mass that is supported by a column of stalk cells and a basal disk. A polyketide, DIF-1, which induces stalk-like cells in vitro, was isolated earlier4. However, its role in vivo proved recently to be restricted to basal disk formation5. Here we show that the Dictyostelium diguanylate cyclase, DgcA, produces c-di-GMP as the morphogen responsible for stalk cell differentiation. Dictyostelium discoideum DgcA synthesized c-di-GMP in a GTP-dependent manner and was expressed at the slug tip, which is the site of stalk cell differentiation. Disruption of the DgcA gene blocked the transition from slug migration to fructification and the expression of stalk genes. Fructification and stalk formation were restored by exposing DgcA-null slugs to wild-type secretion products or to c-di-GMP. Moreover, c-di-GMP, but not cyclic di-(3′:5′)-adenosine monophosphate, induced stalk gene expression in dilute cell monolayers. Apart from identifying the long-elusive stalk-inducing morphogen, our work also identifies a role for c-di-GMP in eukaryotes.
作者简介：
陈志辉，1996-2006年分别在英国设菲尔德大学（1996-2000）和格拉斯哥大学（2000-2006）以植物碳、氮、磷营养代谢过程中的关键酶PEPCK(磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶)、PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)及其激酶为研究对象，进行了从基因表达至酶活性调控等多层次的研究，2006年至今在英国邓迪大学生命科学学院细胞与发育生物学系主要以Dictyostelium discoideum为材料，从事细胞发育过程中cAMP信号传导研究。至今已在《Plant physiology》、《Planta》、《Plant Cell Physiology》、《Journal of Experimental Botany》等著名刊物上发表学术论文多篇。
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