1、細菌呼吸是自然界中一個最基本、最重要的生物代謝過程，具有很大靈活性和多樣性，各種呼吸途徑之間存在密切關系。細菌DMSO還原作用不僅參與了全球的硫元素、鐵元素的循環(huán)，還與全球氣候的降溫作用、雨水酸度、大氣臭氧濃度變化有密切關系。生活在深海環(huán)境下的極端微生物必然有特殊的生理代謝途徑適應極端環(huán)境，在“全球生態(tài)系統(tǒng)”中扮演重要角色。 本文所研究的深海細菌分離自西太平洋1914米的深海沉積物中。菌種鑒定為Shewanella piezot

2、olerans WP3，它既是耐壓菌，又是低溫菌，現(xiàn)在已經(jīng)完成其全基因組序列的測定，是研究極端微生物適應極端環(huán)境的理想材料。以WP3為實驗材料，結合生物信息學、各種分子生物學手段，對其DMSO厭氧系統(tǒng)的組成、轉錄表達和調(diào)控進行了一系列地分析，使我們對極端微生物獨特的基因類型、特殊的代謝途徑以及在深海環(huán)境中的作用有了更為深入的了解。 希瓦氏細菌廣泛的分布在各種環(huán)境中，它們能夠將DMSO還原為DMS進行厭氧生長。通過對20株已完成全

3、基因組測序的希瓦氏細菌的dms基因簇的比較，在希瓦氏菌中已發(fā)現(xiàn)五種類型的dms基因簇，其中10株具有typeⅠ dmsEFABGH。相比較于typeⅠ型的dms基因簇，typeⅡ型和typeⅢ型的則多含了一個編碼外膜脂蛋白的基因；typeⅣ型多含有一個不同的基因，編碼與核酸內(nèi)切酶相關的蛋白質(zhì)；typeⅤ型含有dmsC基因，其排序與E.coli中的很相似，缺少編碼DmsEF(類似于MtrAB)的基因，DMSO還原酶位于細胞周質(zhì)，由DmsC

4、錨定在內(nèi)膜上[1]。 在WP3中，除了找到了希瓦氏菌中已發(fā)現(xiàn)的五種類型之一的典型的dms基因簇類型typeⅠ dmsEFABGH外，還發(fā)現(xiàn)一種新的類型dms基因簇，即typeⅥ型dms基因簇，缺少dmsF基因，在dmsE與dmsA之間還存在兩個屬于LysR家族的轉錄調(diào)節(jié)基因，這兩個調(diào)節(jié)基因的功能還未知。WP3以DMSO進行厭氧生長時，typeⅥ型dms基因簇中的dmsA-2和dmsB-2明顯高表達，typeⅠ dmsEFABGH

5、也不是WP3進行DMSO厭氧呼吸所必需的，與MR-1中的情況正好相反。 對成功構建的dms基因單缺失突變株和雙dmsB基因缺失突變體在4℃和20℃下進行表型生長檢測，與野生菌株相比較，證明WP3中包含兩種具有還原DMSO的功能的不同類型的dms基因簇。當一種類型的dms基因簇中DMSO還原酶基因缺失后，另一種類型中DMSO還原酶基因就會增加轉錄量至原來的2-3倍，兩種類型的基因簇的單獨存在均能維持缺失菌體最大限度的利用DMSO進

6、行厭氧生長，而與野生型WP3的厭氧生長沒有什么差別。 WP3中DmsA經(jīng)NCBI Blaste比對，DmsA-1與Shewanella sediminis HAW-EB3有最高同源性90％，Shewanella woodyi ATCC51980有89％的同源性；DmsA-2與Shewanella putrefaciens CN32有最高同源性61％，與Shewanella oneidensis MR-1有60％的同源性。但是W

7、P3中的DmsA-1和DmsA-2在一級結構的序列上相似性比較低，相比較其他菌株而言僅有53％，在同一菌株中具有同樣的功能。WP3不僅含有兩種類型的dms基因簇，而且DMSO還原酶復合物中蛋白質(zhì)的序列具有高度可變性，也很好的說明了希瓦氏菌對DMSO還原作用的靈活多樣性。 在大腸桿菌中，F(xiàn)nr和NarL的共同作用調(diào)節(jié)dmsABC基因的表達。在厭氧條件下Fnr對dmsABC基因的表達起正調(diào)控作用；在硝酸鹽存在的條件下，NarL對dm

8、sABC基因的表達起負調(diào)控作用。在MR-1中，EtrA(電子傳遞蛋白A)與Fnr同源性高達73.6％，卻不是MR-1進行DMSO厭氧呼吸所必需的，與Fnr的調(diào)控作用有很大不同。CRP在MR-1的厭氧呼吸中起到調(diào)控作用，MR-1的crp缺失突變體在以Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)、延胡索酸、硝酸鹽、DMSO為單一終末電子受體培養(yǎng)時不能進行厭氧呼吸。厭氧條件下，CRP的激活機制還不清楚，CRP缺少明顯的感應氧化還原勢的結構，不被認為可以感應氧化還原

9、勢的變化。 現(xiàn)在WP3中crp基因缺失突變株正在構建，所以crp基因與WP3厭氧呼吸是否有聯(lián)系還不確定。WP3中etrA基因(swp2580)與MR-1的同源性高達88％，已經(jīng)成功構建了WP3中etrA基因的缺失突變體，測定了突變株△etrA對DMSO厭氧呼吸作用的影響。與野生型菌株比較，突變株的生長狀態(tài)沒有什么變化，etrA對WP3還原DMSO的過程沒有調(diào)控作用。同時檢測了WP3中etrA基因對含硫化合物的還原作用，在20℃下

10、以硫代硫酸鈉為電子受體進行厭氧生長時，突變株△etrA同樣能夠將硫代硫酸鈉還原，與野生菌株沒有差異。WP3中etrA基因對其還原含硫化合物的過程并不起調(diào)控作用。 在研究fur基因(ferric uptake regulator)在WP3中的作用時，通過實驗發(fā)現(xiàn)fur基因缺失突變菌株的一些厭氧呼吸受到了很大的影響，這其中包括對DMSO的還原作用。在dms基因簇的附近沒有找到Fur的DNA結合區(qū)域，通過本實驗室孫坪同學對fur基因的