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耐辐射异常球菌(Deinococcus radiodurans)具有极强氧化胁迫抗性和电离辐射抗性。该菌中发现的IrrE是异常球菌属特异的全局调控因子,在DNA损伤修复、胁迫应答以及保护途径起到一个中心调控作用,并能显著增强模式生物大肠杆菌和烟草的耐盐能力。然而,IrrE在异源生物中的作用机制尚不清楚。本论文将IrrE导入大肠杆菌中,研究其对受体细胞氧化、高温和盐胁迫抗性的影响,并进行了蛋白质组和转录组分析。取得主要研究成果如下:1.在正常生长条件下,IrrE蛋白能够延长大肠杆菌生长对数期,提高细胞生物量,表明IrrE能增强大肠杆菌一般胁迫抗性。BioLog 95底物利用分析表明,与对照菌株相比,重组菌株对22种碳源的利用能力显著降低,相反对山梨醇的利用能力显著提高。蛋白质组和转录组分析结果显示,IrrE重组大肠杆菌中参与海藻糖的合成、核苷酸合成、碳源利用、氨基酸利用、酸抗性等途径的基因表达差异显著。一系列具有调节功能的基因表达差异显著,其中evgA、appY、gadE、gadW、gadX、yhiF和asnC上调,purR、betI、cynR、mhpR、prpR、tdcA和kdgR下调。表明异源表达的IrrE可能通过转录级联放大反应在宿主细胞中发挥全局调控的作用。2.不同盐浓度冲击1 h后,IrrE能够提高大肠杆菌的存活能力;在1.0 M盐浓度下培养24 h,IrrE能提高大肠杆菌的生长能力;在高温和过氧化氢处理条件下,IrrE能提高大肠杆菌的存活能力。上述结果表明,IrrE在大肠杆菌中异源表达增强其胁迫抗性。为了研究IrrE提高大肠杆菌耐盐抗性的全局调控机制,本论文分析了1.0 M盐冲击下重组大肠杆菌与对照菌的蛋白图谱。结果表明,高浓度盐冲击下,重组菌株中126个蛋白表达显著上调,110个蛋白表达显著下调。其中包括一系列环境胁迫诱导蛋白,如胁迫反应转录因子RpoS、胁迫反应调控蛋白Dps、分子伴侣DnaK、热激蛋白HslU、渗透胁迫诱导蛋白OsmY、噬菌体诱导蛋白PspA、过氧化氢酶KatE、一般胁迫反应蛋白YhbO、分子伴侣Tig和胁迫条件诱导蛋白酶Lon等表达量显著提高。此外,盐冲击条件下细胞内甘油降解途径相关酶蛋白表达下调,同时甘油含量测定结果表明,重组菌株胞内甘油含量明显提高。表明IrrE引起胞内甘油积累,是重组大肠杆菌增强盐胁迫抗性的策略之一。3.迄今发现的4个IrrE均来自异常球菌属,其蛋白一级结构相对保守。N-端结构域的氨基酸序列有较大差异,但均含有一个锌依赖型多肽酶结构。为研究N-端结构域的生物学功能,对耐辐射异常球菌IrrE的N-端进行了截短分析,回补耐辐射异常球菌IrrE突变株发现,N-端的18、26、43个氨基酸残基缺失的IrrE突变体能恢复突变菌株的紫外和电离辐射抗性,但N-端的160个氨基酸残基缺失不能恢复其抗性。本研究将为揭示微生物的环境适应进化和盐胁迫抗性机制,并进一步开展IrrE基因改良植物与微生物性状等研究奠定工作基础。