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稳定期,是微生物生长周期中一个十分复杂的时期,受到各种环境和生理因素调节,在细菌和酵母研究领域中受到很大的关注。相比之下,古菌稳定期的研究却相对滞后。地中海富盐菌在稳定期展现出很多特色,比如产生嗜盐菌素,分泌胞外多糖,产生气囊蛋白等,同时此菌已具备完善成熟的遗传操作系统,并且全基因组已经测序,因而它是用来研究占菌稳定期的一个很好的模型。本论文通过转录组学和遗传学的方法,探讨了地中海富盐菌稳定期基因组的转录及调控,小染色体在整个生长时期的复制等,为认识古菌稳定期的生理特征,适应和调控机制提供了新的见解。 首先,利用microarray技术,分析了地中海富盐菌稳定期全基因组的转录谱,发现基因组中47%的基因(共1825个基因)转录水平在稳定期发生改变,其中与DNA复制,蛋白质合成及中心代谢相关的基因的转录水平显著下降,而一些代谢途径(如产生嗜盐菌素,合成气囊蛋白,积累聚羟基丁酸戊酸共聚酯等)相关基因的活跃程度明显增强,以提高菌株适应稳定期恶劣环境的生存能力。此外,31.8%的稳定期高表达基因位于染色体外因子上。同时全基因组编码的13个复制起始蛋白cdc6基因中,唯有位于小染色体pHM300上的cdc6K显著上调表达。 进一步对pHM300上的基因进行COG(ClustersofOrthologousGroups)分类分析,发现其上存在很多重要的基因,赋予地中海富盐菌很多代谢功能,同时这些基因很多也在稳定期高表达。Southernblotting显示pHM300与染色体的含量比例从对数早期到稳定期中期一直增加。Real-timePCR检测pHM300和染色体的拷贝数显示,尽管两者都在稳定期下降,但pHM300拷贝数的降幅远小于染色体。相比于染色体,pHM300在稳定期仍维持相对较高的拷贝数。这样可以保证其上重要的稳定期基因的表达,有助于地中海富盐菌适应生存环境。 通过构建β-半乳糖苷酶报告系统,我们重点研究了稳定期高表达的嗜盐菌素H4基因的转录调控。通过对halH4启动子进行5端截短突变和扫描突变研究,发现启动子的转录调控顺式作用元件位于TATAbox和BRE及-10区域。敲除三个稳定期高表达的基础转录因子TFB,Northernblotting和转录谱分析均显示halH4的转录特性并未改变,说明地中海富盐菌中TFB的功能具有冗余性,也可能还存在其他未知的调控蛋白,同时也预示稳定期基因的转录调控可能是一个由基础转录因子和许多转录调控蛋白共同参与的复杂的调控网络。 综上所述,我们对地中海富盐菌稳定期从基因组转录谱,重要复制子的复制及转录调控三方面的研究,为今后嗜盐古菌稳定期的进一步研究提供了全局的、基础的数据信息,揭示了嗜盐古菌稳定期适应恶劣环境的一些生理变化,同时暗示了嗜盐古菌稳定期的复杂性,有很多未知的调控蛋白有待今后的探索。