为了在多变的环境条件下生存、繁殖，作为单细胞的细菌必须能够及时检测到环境信号，并精确调控基因的时空特异性表达，以维持细胞的稳态(homeostasis)。在原核生物所有的信号响应与应答调控的细胞机制中，双组分信号转导系统(two-component signal transduction system，TCSTS)是最重要的分子调控机制之一。典型的双组分信号转导系统由跨膜的受体组氨酸激酶(histidine kinase，HK)和胞质内的反应调节蛋白(response regulator, RR)组成，经由蛋白质可逆磷酸化过程进行信号的跨膜传递和调控细胞反应。此外，还有一类被称之为杂合组氨酸激酶(hybrid histidinekinase，HyHK)的结构更加复杂的蛋白，它们在分类上属于组氨酸激酶，也是TCSTS的组成成分之一，是决定TCSTS调控复杂性的一个内在因素。在原核生物细胞中，HyHK约占HK数量的20％，但在真核生物细胞中（如酵母、苔藓和被子植物），已发现的HK几乎全部为HyHK。由于配对的组氨酸激酶和反应调节蛋白之间的信号转导是通过保守的磷酸基团传递来实现的，最终发挥调控输出功能的是反应调节蛋白，所以，对反应调节蛋白的磷酸化水平的调控是整个双组分信号转导系统调控的核心过程。在过去30年间，虽然对组氨酸激酶和反应调节蛋白之间的磷酸传递已经研究得比较清楚，但精细调控反应调节蛋白磷酸化水平的分子机理的研究，特别是HyHK在此过程中的功能还比较匮乏。　　本研究结合遗传分析与蛋白质磷酸化生物化学分析，解析了野油菜黄单胞菌中一个杂合组氨酸激酶SreS调控盐胁迫应答蛋白HPPK的脉冲式表达(expression surge)的分子调控机理和生化机制。SreS的结构域比较独特和复杂，包含1个N端的receiver结构域(REC1)，1个C端的receiver结构域(REC2)，和1个位于中间的transmitter结构域，形成“三明治”式的蛋白结构，同时含有保守的磷酸基团供体位点和磷酸基团受体位点。对野油菜黄单胞菌所有20个HyHK基因进行的突变分析表明，sreS突变后显著影响细菌的耐胁迫能力。在sreS分子调控机理的研究中，通过Northern blot、RT-PCR和qRT-PCR等方法，证明了sreK-sreR-sreS-hppK位于一个操纵子(operon)中，并且SreS正反馈调控了该操纵子中各基因的转录。进一步的引物延伸、gus报告基因融合和qRT-PCR分析证明在这个正反馈调控通路里，SreS通过调控该操纵子的两个串联启动子中的P2启动子，特异性地调控远3端hppK的脉冲式转录。为了分离结合P2的转录调控相关蛋白，利于基于生物素磁珠标记的DNA-蛋白互作和nanoLC-LTQMS/MS分离鉴定，结合EMSA和ChIP-qPCR定量分析方法，筛选并鉴定到了在盐胁迫条件下能够作为转录协同激活子（transcriptional coactivator）的反应调节蛋白SreR。　　由于SreK-SreR-SreS的编码基因位于同一操纵子中，为了解析它们三者之间的调控关系和SreR控制P2启动子活性的生化机制，通过体外磷酸基团传递实验证明了SreK-SreR是一个TCSTS。虽然SreS并不直接磷酸化SreR，但SreS蛋白N端的receiver域能够与反应调节蛋白SreR竞争来自于SreK-P的磷酸基团，从而间接抑制SreK向其配对的、单结构域反应调节蛋白SreR传递磷酸基团。因此，SreS是SreR的磷酸沉降物(phosphate sink)，能够使SreK-SreR TCSTS脱磷酸化。随后的ChIP-qPCR分析表明非磷酸化状态的SreR是其激活状态，具有更强的结合并激活P2启动子，启动hppK脉冲式转录的能力，而HPPK的脉冲式表达对于细菌在盐胁迫条件下的适应性和生存繁殖是至关重要的。由于SreR不具有DNA结合活性，推测它可能作为转录协同激活子与一个未知转录因子(transcriptional activator)形成转录调控复合体，结合P2启动子。综上所述，本研究解析了一个由SreK-SreR-SreS构成的“三组分”信号转导系统，通过调控反应调节蛋白SreR的磷酸化水平来精细调控下游基因的脉冲式表达的生化机制。这是首次发现杂合组氨酸激酶的信号接收结构域也能作为磷酸沉降物调控反应调节蛋白的磷酸化水平，证明了多结构域的杂合组氨酸激酶具有除感应信号以外的其它调控功能。