摘 要：aiiA基因编码的AiiA蛋白是一类由芽孢杆菌产生的酰基高丝氨酸内酯酶，能够专一性地水解革兰氏阴性菌分泌的AHLs信号分子，从而破坏依赖群体感应系统的致病机制，减轻病原菌的致病性。综述了aiiA基因与AiiA蛋白的研究现状、aiiA基因在抗病方面的研究进展及AiiA蛋白在工业发展的应用现状等，以期为aiiA基因在更多领域的应用提供理论基础。
关键词：芽孢杆菌；群体感应；aiiA基因；N-酰基高丝氨酸內酯（AHLs）
1994年，Fuqua等[1]将细菌之间的一种细胞密度依赖的基因表达调控机制命名为群体感应（Quorum sensing，QS），其在能够生物发光（冷光）的海洋细菌——费氏弧菌（Vibrio fischeri）中被发现。研究证明，群体感应系统存在于许多细菌之中，参与自身的许多生理过程，并且与其致病性相关。该系统是一种被细菌所利用的的信号系统，通过对细胞密度的改变来调控许多动植物病原菌致病基因的表達。具体来说，细菌自身能够分泌一种小的化学信号分子，被称为自诱导物（Autoinducer，AI），具有可扩散性，可自由通过细胞壁和细胞膜。其随着细菌数量的增加而增加，当达到一个临界浓度时，细菌群体就会表现为一个多细胞生命体，通过响应信号分子来调控它们的群体行为，对高的细胞密度做出反应，从而表现出单个细菌无法从事的某些生物行为和生理功能，获得对自身有利的优势[2]。此外，研究者发现，细菌的群体感应与动植物病原菌毒性因子的产生、生物膜的形成、抗生素的产生以及生物发光有关，被越来越多的细菌用于强化它们与其他细菌、真菌、植物和动物的生存竞争[3～5]。考虑到许多细菌都为动植物病原菌，且利用群体感应来调节自身生理过程增强其竞争力，因此，靶向干扰这种种内间细菌交流的模式对医学、环境、农业都有着重要的意义，它已成为微生物研究的一大热点。
研究发现，N-酰高丝氨酸内酯（N-acylhomoserine lactones，AHLs）是一类广泛存在于革兰氏阴性细菌群体感应系统中的信号分子，AHLs介导的革兰氏阴性菌群体感应系统是目前备受关注并且研究最有成效的[6]。研究表明，细胞合成AHLs信号分子和AHLs合成酶的活性相关，这种酶通常由LuxI的同源基因编码，当所累积的AHLs分子浓度达到一定阈值时，就会与费氏弧菌（Vibriofischeri）LuxR蛋白同源转录调控子相互作用[3]，这些调控子便可调控微生物的许多生理行为，如可诱导调控胡萝卜软腐欧文氏菌（Erwinia carotovora）、费氏弧菌（Vibriofischeri）和铜绿假单胞（Pseudomonas aeruginosa）等许多病原菌致病基因的表达[1]，根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）Ti质粒接合转移[1]，以及伯克氏菌（Burkholderia）的群集和蹭行运动、脂肪酶的产生、β-溶血作用、碳代谢等[7]。同时，它还能够调控其他多种不同的生物功能，如毒力因子、抗生素、二级代谢物的产生、生物膜的形成、生成孢子以及生物发光等[3，8]。
研究发现，在大部分芽孢杆菌中存在的AiiA蛋白，能够使AHLs的内酯环断裂导致其失活，从而破坏革兰氏阴性细菌的群体感应系统，减弱动植物病原菌的致病性[9]。近年来，越来越多的研究报道了芽孢杆菌属中分布有AiiA蛋白。因此，本文介绍了aiiA基因和AiiA蛋白的研究现状，aiiA基因在植物抗病方面的进展和转aiiA基因植物方面的应用现况，以及AiiA蛋白在工业发展中的应用现状，为进一步研究aiiA基因奠定基础。
1 aiiA基因和AiiA蛋白的研究
1.1 aiiA基因的克隆
从2000年Dong等[9]首次从芽孢杆菌240B1克隆了一种新的内酯酶基因aiiA之后，国内外对aiiA基因越来越关注，接着Dong等[10]又从不同来源的菌株中获得了9个具有AHLs内酯酶功能的基因，并对其基因序列进行分析，结果表明这些基因和aiiA240B1属于同一个N-酰基高丝氨酸内酯酶家族。2004年，周燚等[11]根据蜡状芽孢杆菌中的aiiA基因序列设计引物，从筛选得到的具有较强抗软腐病活性的苏云金芽孢杆菌H38中成功扩增出aiiA基因。河北工业大学的王艳敏[12]以马铃薯为材料，发现芽孢杆菌Bt4和苏云金芽孢杆菌山东亚种ACCC10314能有效地抑制病原菌对马铃薯的侵染，证明这2种菌中含有水解AHLs的水解酶。根据文献发表的基因序列设计特异性引物，从这2个菌株中克隆出了aiiA基因。
为了更好地研究aiiA基因的功能，黄天培等[13～15]分别从苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt），蜡质芽孢杆菌（Bacillus cereus，Bc）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis，Bs）中成功克隆出了aiiA基因。近十几年来许多研究也均能从Bt、Bc及Bs中克隆出aiiA基因，并在不同表达系统中表达具有高活性的AiiA蛋白。2013年丁贤等[16]根据细菌群体感应信号降解酶（AiiA）基因设计简并引物，从海洋微生物ZD02基因组中扩增编码AiiA的基因aiiA，筛选其阳性克隆，测序后并对其进行序列分析。以上研究为该序列的重组表达及其相关活性研究奠定了基础。
在国内外学者的不断探索下，最近对aiiA基因的来源有新的发现。Khoiri等[17]从31株细菌中分离出4株抗兰花软腐病致病菌Dickeya dadantii的细菌B37、BT2、GG3、GG6，通过对其16s rRNA进行序列分析，结果表明这些细菌和短小芽孢杆菌、蜡质芽孢杆菌ATCC14579和苏云金芽孢杆菌ATCC10792有很高的相似性，这是首次以短小芽孢杆菌作为群体淬灭细菌进行报道。
1.2 aiiA基因和AiiA蛋白的生物信息学分析