梭菌(Clostridium)是一类与人类关系十分密切的革兰氏阳性菌，它不仅包含重要的工业生产菌株，还包含大量的致病性菌株。理解梭菌生理代谢特点和机制，无论是对医学上控制致病菌的传播，还是在工业上利用梭菌生产各种化学品，都具有十分重要的意义。在梭菌中，工业上应用最广泛的是丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）。丙酮丁醇梭菌正常的发酵过程要经过产酸和产溶剂两个阶段，最终得到丙酮，丁醇和乙醇等化学品。从产酸期到产溶剂期的转变过程被认为是丙酮丁醇梭菌解毒和适应环境的一种机制。这个过程中，一系列基因的表达和调控水平都发生了改变。同时这个过程与细胞的产孢过程相耦合，这些都增加了丙酮丁醇梭菌生理和代谢的复杂性。　　为了更好地阐述丙酮丁醇梭菌适应环境胁迫的机制，本研究根据实验室已有的工作基础，通过比较基因组学的方法分析不同的丁醇耐受菌株基因组上的差异，并结合已有的蛋白质组的差异来系统地揭示丙酮丁醇梭菌丁醇耐受机制。首先我们对野生型菌株丙酮丁醇梭菌DSM1731进行了全基因组测序，拼接后得到了完整的基因组序列，与已经公布的丙酮丁醇梭菌菌株相比，DSM1731存在一个11123 bp的质粒。对高耐丁醇的突变菌株Rh8重测序后，发现其基因组有67个单碱基的突变，2个插入突变和4个缺失突变。在所有的突变基因中，除了有4个与代谢相关外，大部分都属于编码转运蛋白，DNA复制、转录、翻译以及结构蛋白的基因。同时34％的单碱基的突变发生在核糖体RNA基因上，并且分散在不同的23S，16S，和5S rRNA上。结合蛋白质组学数据，我们发现差异表达的蛋白质的基因序列并没有发生突变，同时它们的调控蛋白也没有发生突变。我们发现47％的差异蛋白所在的操纵子基因表达量上有显著的差异。结合基因组和蛋白质组学研究结果，我们认为Rh8菌株可能通过改变rRNA基因来影响翻译机器，从翻译准确性和效率上改变不同基因的表达水平。通过这部分的工作，我们认识到复制和翻译过程中关键因子的突变可显著地影响细胞的丁醇耐受性。　　为了从整体上了解梭菌各类菌株的生理代谢特点，尤其是致病菌和生物降解类菌株在进化上的关系以及它们代谢上的差异，本研究对梭菌的泛基因组(pan-genome)和核基因组(core-genome)进行了分析。通过比对32个梭菌菌株的全基因组，构建了梭菌同源基因簇(Clostridium specific clusters of orthologousgenes，CloCOGs)，得到了17579个CloCOGs。其中核心基因(core genes)为481个，特异基因(unique genes)为7738个，还有9360个共享基因(shared genes)。在此基础上，利用梭菌的核基因组信息构建了梭菌的进化树，并与16S rRNA进化树比较发现两者之间的异同，发现部分生物质降解梭菌和致病菌的关系更接近，同时有3个肉毒梭菌（C.botulinum）菌株在分类上可能是错误的。比较梭菌的核基因组和芽孢杆菌的核基因组，发现梭菌的核基因组主要富集在非代谢类的生物过程上，而芽孢杆菌的核基因组很大一部分富集在代谢通路上。对梭菌产孢过程的分析，发现84％的产孢基因是保守的，但是有10个产孢基因缺失。而生物质降解梭菌和致病菌在启动产孢阶段，磷酸化SpoOA的基因有一定的差异。此外，比较分析梭菌中参与糖代谢的基因，发现生物质降解梭菌无论在编码纤维小体相关基因还是糖类降解相关的基因的比例都显著高于致病菌和其它类的菌株，但是在合成多糖上两者又有相似之处。　　最后，为了方便微生物比较基因组的研究，克服现有的生物信息平台的不足，我们运用一种新的构架来构建生物信息学分析平台，使得其更容易使用和维护，同时在可移植性，扩展性都有了很大的改善。