中国科学院南海海洋研究所高贝乐团队近日在生物化学领域国际期刊Trends in Biochemical Sciences发表题为“Evolutionary assembly of the flagellar cage: repurposing a Type IV pili subcomplex”的综述论文。该文章在团队此前相关研究的基础上，梳理了细菌复杂鞭毛马达外围笼状结构的组成、装配与演化研究进展，进一步探讨了这一复杂结构的形成过程及其与Ⅳ型菌毛系统的演化联系。南海海洋研究所博士后冯雪银为论文第一作者，高贝乐研究员为通讯作者。

细菌鞭毛是一种精密的旋转纳米机器，能够驱动细胞在不同环境中运动。与大肠杆菌等细菌的鞭毛马达相比，空肠弯曲菌和幽门螺杆菌的鞭毛马达具有更复杂的外围支架，能够稳定更多定子单元，从而支持高扭矩运动。近年来，冷冻电子断层扫描等技术揭示了这两种细菌鞭毛马达的精细结构，并发现其外围存在包围定子及相关支架的笼状结构（图1）。团队此前发表于Nature Microbiology的研究解析了空肠弯曲菌鞭毛马达外围笼状结构的组成、装配特征及演化来源，为认识复杂鞭毛马达的形成提供了重要基础（DOI: 10.1038/s41564-025-02248-5，3月刊封面论文）。

图1 空肠弯曲菌与幽门螺杆菌鞭毛马达及外围笼状结构

在结构与装配方面，本文梳理了笼状结构各组分的组成、空间排布及与其它马达组分的关系。笼状结构的核心组分FcpM、FcpN和FcpO分别与Ⅳ型菌毛系统中的PilM、PilN和PilO具有同源性；另一组分PflD则具有与PilP柔性环区及PilQ结构域相似的结构特征。文章进一步梳理了PflD不同构象与笼状单元排列之间的关系，以及笼状结构与定子装载、FliL环组装之间的联系，并结合团队两年前在PNAS发表的基于四聚体PilZ家族蛋白研究结果（DOI: 10.1073/pnas.2412594121）提出了“两步装配”模型假说。同时，笼状结构中尚未明确的组分、各组分间的相互作用，以及装配过程的具体顺序，仍是有待解决的问题。

演化分析显示，鞭毛笼状结构相关组分主要分布于弯曲菌门。综合蛋白结构、基因分布及系统发育证据表明这一结构可能起源于生活在深海热液环境中的弯曲菌门共同祖先，并由Ⅳ型菌毛系统的部分组分演化而来。随着弯曲菌门的生态位拓张及物种进化，这些组分被保留在不同生态类群的鞭毛马达中。这一演化模型提示，复杂鞭毛马达并非简单地为适应宿主高黏度环境而形成，其起源时面临的生态选择压力仍有待阐明。该综述进一步梳理了已有研究所揭示的结构与演化联系，为理解细菌分子纳米机器如何通过已有组件的重新利用形成复杂结构提供了新的视角。

图2 弯曲菌门中鞭毛笼状结构相关基因的分布及生态环境

该研究得到国家科技基础资源调查专项、国家自然科学基金以及广东省科技计划等项目的资助。

相关论文信息：Xueyin Feng, Yingyi Huang, Yanran Liu, and Beile Gao*. Evolutionary assembly of the flagellar cage: repurposing a Type IV pili subcomplex. Trends in Biochemical Sciences, 2026.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.tibs.2026.08.014