温度是主要的环境胁迫因子。低温胁迫诱导细胞合成大量小分子的冷激蛋白(cold shockprotein,Csp)。这类蛋白在增强低温胁迫抗性方面具有重要的作用,但是冷激蛋白对UV辐射、高渗等胁迫抗性作用的研究报道甚少。极端耐辐射戈壁异常球菌(Deinococcus gobiensis I-0)分离于干旱、温差大及强阳光辐射的戈壁沙漠环境,具有超强的紫外(UV)辐射、电离辐射和干燥等胁迫抗性。本研究克隆了戈壁异常球菌I-0的冷激蛋白基因,在模式菌大肠杆菌(E.coli)中研究其增强细胞非生物胁迫抗性的机制。　　 在完成该菌全基因组测序与注释的基础上,通过氨基酸序列比对,2个预测的冷激蛋白(Csp1和Csp2)与枯草芽孢杆菌的CspB一致性最高(64％和69％)。同源建模结果显示,Csp1与Csp2也具有冷激蛋白家族特有的结构,即5个反向平行β折叠片形成β桶状结构,含有两个保守的单链核苷酸结合结构域。　　 构建csp1与csp2的表达载体,分别在大肠杆菌中表达。非诱导条件下,异源表达Csp1与Csp2的大肠杆菌表现出较强的抗冷冻和低温生长能力。诱导条件下,过量表达影响细胞的生长速度。凝胶阻滞实验结果表明,Csp1、Csp2能够与ssDNA结合。以上结果表明,Csp1与Csp2属于典型的冷激蛋白家族成员。　　 进一步研究了Csp1与Csp2异源表达对大肠杆菌在M9限制性培养基中的生长以及耐受UV辐射和盐胁迫能力的影响。结果表明,Csp1与Csp2的表达能显著增强大肠杆菌细胞在营养缺乏条件下的生长能力,UV辐射处理后,Csp2异源表达细胞UV辐射耐受能力比对照细胞高出2个数量级,4M NaCl冲击2h或3M山梨醇冲击2h后,Csp2异源表达细胞渗透胁迫能力比对照细胞高出1个数量级。RT-PCR结果显示,150J／m2辐射条件下,相对于对照大肠杆菌细胞,Csp2异源表达导致细胞内碱基切除修复途径相关基因表达显著上调,尤其核酸内切酶Ⅷ基因nei的表达水平上调了5倍,推测Csp2可能增强碱基切除修复能力。1M NaCl冲击条件下,Csp2异源表达细胞内甜菜碱合成酶基因betA、betB与betT表达显著上调,同时海藻糖合成酶基因otsA与otsB表达上调,而海藻糖降解基因treB与treC的表达下调,推测Csp2蛋白可能增强渗透保护物质的合成。　　 构建了CaMV35S启动子驱动的csp2基因表达的载体,采用农杆菌介导的方法转化烟草,经PCR,Southern及Western杂交等验证csp2基因整合到烟草基因组中并成功表达,20％PEG6000模拟干旱胁迫条件下,转基因烟草能够正常生长,而野生型烟草生长受到抑制,表明该基因能够增强植物干旱胁迫抗性。　　 戈壁异常球菌冷激蛋白具有增强E.coli细胞对低温、UV辐射、高盐、干燥胁迫抗性以及促进E.coli细胞在营养缺乏条件下的生长能力,并能赋予烟草抗旱性能。本研究结果为抗逆转基因植物的培育提供了重要的功能基因,奠定了理论基础。