嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.ferrooxidans)作为一种嗜酸浸矿微生物,最适pH值在2.0左右。工业实践证明,碱性脉石的影响使这种高酸性环境很难维持,从而严重影响嗜酸氧化亚铁硫杆菌的浸矿效率。因此,探索如何驯化这种嗜酸性浸矿微生物具有极其现实的价值,而从全基因组层面上研究其应对碱刺激的表达调控机制显然具有重要的理论指导意义。本研究根据已经公布的A.ferrooxidans ATCC 23270的全基因组序列构建了其全基因组芯片。通过该芯片来分析冶金模式菌A.ferrooxidansATCC 23270碱激反应时的全基因组表达图谱,来揭示A.ferrooxidansATCC 23270应对碱激反应时在全基因组水平上的表达调控网络动态,从而探索其抵抗环境压力机制。本研究有效地构建了A.ferrooxidans ATCC 23270全基因组芯片,该芯片包含了A.ferrooxidans ATCC 23270大约97％的基因序列信息;此芯片的最佳杂交温度为45℃;并通过五个功能基因(Sulfide-quinonereductase,Cytochrome C.Iron oxidase,Mercuric resistance protein,Nitrogenase iron protein)的杂交,显示了此芯片探针具备很好的特异性。此外,通过基因芯片对A.ferrooxidans ATCC23270在硫和铁培养条件下的功能表达差异性检测,证明了该芯片能有效地进行基因表达谱的研究;通过灵敏度分析,当基因组DNA浓度达到100ng时,信号值达到饱和,并且信号值与DNA浓度间具有很强的线性关系(r~2=0.977和0.992)。结果表明,此芯片具备很好的特异性、灵敏度与定量性能足以从全基因组水平上进行A.ferrooxidans ATCC 23270的基因表达谱研究。本研究以对数生长期A.ferrooxidans ATCC 23270(以2 mol/L KOH溶液将pH从1.58上调至3.00)作碱激10、20、40、80、160min为处理组,同期未经处理,正常培养的A.ferrooxidans ATCC 23270为对照组。全基因组DNA表达谱芯片杂交结果显示,160min持续发生明显差异的基因个数达到600个,占差异表达总基因数的19.16%,其中在160min持续上调的基因达297个,占总上调基因个数的9.48%,160min持续下调基因有174个,占总下调基因个数的5.56%。针对碱激10min时的基因表达情况进行差异倍数的统计结果显示,A.ferrooxidans ATCC 23270在碱激10min时,共有1217个相关基因表达发生明显差异变化,占全基因组芯片探针总数(3132)的约38.8%,其中969个为碱激后上调表达,248个为碱激后下调表达。上调和下调基因在变异倍数的分布上的差异明显,大部分的上调基因(74.82%)上调倍数处于2~3倍,而约78.23%的下调基因下调倍数大于10倍,大量基因能在10min内作出应答。数据统计分析显示,差异表达的基因则主要涉及到细胞膜、能量代谢、DNA代谢、转运与结合蛋白、细胞处理、调节作用、蛋白质命运与合成等多个方面功能和代谢途径。并且,编码细胞膜、转运与结合蛋白、细胞处理、调节作用的基因显著上调,这与热激、冷激、盐激都很相似;编码能量代谢的基因也明显上调,这与热激、盐激相似,与冷激相反;编码假定蛋白或未知功能的蛋白的基因中,上调与下调的基因数基本相同,这与其他刺激效果也很相似。同时,选取表达谱芯片检测结果中5个碱激上调表达基因,通过Real-time PCR方法对芯片杂交结果进行验证,结果表现出相同变化趋势,证明了芯片结果的可靠性。最后,基于基因的表达上调和计算机的生物信息学分析,预测得到碱激诱导基因上游转录调控位点-35区T-n-T-T-n-n和-10区n-T-A-T-n-A-T-C序列,这2个保守区域平均间隔约为21 bp。