PNAS | 康奈尔大学研究揭示碳代谢中的分层路径有利于缺铁土壤假单胞菌的铁清除策略！

高亲和力的铁（Fe）清除化合物或铁载体被土壤细菌广泛利用，以在生物可利用铁稀缺的情况下生存（Cell Host & Microbe | 重磅！Schulze-Lefert团队揭示根系分泌香豆素与微生物互作改善植物铁营养！Nature Nanotechnology | 纳米材料促进根际微生物修复污染土壤，成为安全作物生产的新策略!）。铁载体的分泌赋予根际微生物组在内的各种营养环境中的致病细菌和有益细菌竞争优势（Nature Microbiology | 根际微生物组保护植物免受病原菌侵染！Nature Microbiology | 天然根际微生物对铁的竞争驱动植物病原体的控制）。在铁缺乏细胞中碳代谢受损的情况下，必须维持铁载体的生物合成。铁载体的生物合成依赖于细胞的碳代谢，尽管据报道缺铁细胞中的碳摄取和含铁代谢蛋白均下降。鉴于这种矛盾，人们对维持铁清除策略所需的代谢网络知之甚少。

近日，国际权威学术期刊PNAS发表了美国康奈尔大学Ludmilla Aristilde团队的最新相关研究成果，题为Hierarchical routing in carbon metabolism favors iron-scavenging strategy in iron-deficient soil Pseudomonas species的研究论文。这篇文章中，科研人员证明了缺铁的假单胞菌物种通过将碳利用的选择性与代谢途径的层次相结合来克服这一矛盾，从而有利于碳和能量通量用于铁载体的生物合成。可以从一些土壤细菌系统获得的基于基因组的数据中，对铁缺乏的反应进行预测，以重新编程代谢，但缺乏代谢组学证据。本研究提供了一个重要的路线图，用于研究铁或其他金属养分的利用率和碳利用之间的潜在代谢联系。

在这篇文章中，通过用富铁和限铁细胞进行的多次¹³C代谢组实验，科研人员发现土壤假单胞菌物种如何重编程其代谢途径以优先处理铁载体的生物合成。在所研究的三个物种（恶臭假单胞菌KT2440，防御假单胞菌Pf-5和恶臭假单胞菌S12）中，在糖异生底物上生长期间，铁载体分泌高于在糖酵解底物上生长期间的铁载体分泌。在对铁限制的反应中，科研人员在糖酵解底物的代谢过程中捕获到三羧酸（TCA）循环的通量减少，但是，由于碳循环到TCA循环通过增强的同化作用，糖异生底物的代谢导致从土壤矿物中的分泌铁载体（最多三倍）和提取铁（最多六倍）都增加。在同时摄食不同类型的底物时，铁缺乏会触发底物利用的层次性，这是由于底物摄取和初始分解代谢的蛋白质丰度变化而促进的。重新路由的新陈代谢进一步促进了TCA循环和糖异生，尽管这些途径中的几种蛋白质减少，但铁载体生物合成所需蛋白质的增加，从而满足了铁载体前体的碳和能量需求。因此，碳元素的分层代谢成为金属营养缺乏时的关键生存策略。

相对于假单胞菌（Pseudomonas spp）中的糖酵解底物，葡萄糖异生作用的底物导致更高的铁载体产量和铁清除

在TCA循环中，补缺的通量比糖异生通量更受青睐，以促进琥珀酸碳的保留

限铁细胞在混合底物使用过程中触发底物层次性

与碳代谢中的优先碳利用和层次结构相关的铁载体产生增强

蛋白质丰度的变化促进了铁依赖性碳的选择性和铁载体的生物合成

缺铁时碳通量的代谢重塑

生物量增长与铁载体生物合成的代谢途径通量需求

缺铁引发的假单胞菌碳代谢分层概述

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