Perception of butenolides by Bacillus subtilis via the α/β hydrolase RsbQ

丁烯内酯 枯草芽孢杆菌 司他内酯 生物 水解酶 信号转导 植物 细胞生物学 细菌 生物化学 拟南芥 遗传学 基因 突变体
作者
Kim T. Melville,Muhammad Kamran,Jiaren Yao,Marianne Costa,Madeleine Holland,Nicolas L. Taylor,Georg Fritz,Gavin R. Flematti,Mark T. Waters
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:34 (3): 623-631.e6 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.cub.2023.12.035
摘要

Summary

The regulation of behavioral and developmental decisions by small molecules is common to all domains of life. In plants, strigolactones and karrikins are butenolide growth regulators that influence several aspects of plant growth and development, as well as interactions with symbiotic fungi.1,2,3 DWARF14 (D14) and KARRIKIN INSENSITIVE2 (KAI2) are homologous enzyme-receptors that perceive strigolactones and karrikins, respectively, and that require hydrolase activity to effect signal transduction.4,5,6,7 RsbQ, a homolog of D14 and KAI2 from the gram-positive bacterium Bacillus subtilis, regulates growth responses to nutritional stress via the alternative transcription factor SigmaB (σB).8,9 However, the molecular function of RsbQ is unknown. Here, we show that RsbQ perceives butenolide compounds that are bioactive in plants. RsbQ is thermally destabilized by the synthetic strigolactone GR24 and its desmethyl butenolide equivalent dGR24. We show that, like D14 and KAI2, RsbQ is a functional butenolide hydrolase that undergoes covalent modification of the catalytic histidine residue. Exogenous application of both GR24 and dGR24 inhibited the endogenous signaling function of RsbQ in vivo, with dGR24 being 10-fold more potent. Application of dGR24 to B. subtilis phenocopied loss-of-function rsbQ mutations and led to a significant downregulation of σB-regulated transcripts. We also discovered that exogenous butenolides promoted the transition from planktonic to biofilm growth. Our results suggest that butenolides may serve as inter-kingdom signaling compounds between plants and bacteria to help shape rhizosphere communities.

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