以酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactone,AHL)作为信号分子的群体感应(Quorum sensing,QS)系统在革兰氏阴性细菌中分布最广,也是目前研究最多的QS系统。已有的关于细菌QS的研究大多基于实验室可培养的方法,且主要集中在QS系统对下游基因与菌群生理行为的调控方面。传统可培养方法的局限性加之目前缺乏AHL合成酶基因的通用引物,限制了我们对基于AHL的QS系统在生态环境中分布及多样性的认识。本文首先设计了一对针对土壤中代表性细菌-根瘤菌科(Rhizobiacae)的AHL合成酶基因的通用引物,并将这对引物分别应用于陆生与湿地植物根际微生物群落,发现不同植物根际所处生境对AHL合成酶基因的分布与多样性有很大影响,其中环境因素尤其是O2很可能起着重要的影响作用。缺氧环境在自然界中普遍存在,然而自然环境中O2浓度的变化是如何影响细菌QS系统基因表达和信号分子合成的目前还不清楚。研究缺氧环境下细菌QS系统的变化可以为定向调控细菌下游生理行为,特别是与污染物修复相关的生理活动提供重要的环境因素依据。为了研究缺氧环境对细菌QS系统的影响,本文从获取具有环境修复价值的研究对象出发进行了菌株的筛选,筛选标准是具有芳香烃降解潜力的AHL产生菌,得到如下结论:具有芳香烃降解与AHL合成双重潜力的细菌在系统分类上具有高度多样性,在被调查的688株Proteobacteria中,超过11%的细菌基因组中同时含有环羟化双加氧酶(ringhydroxylatingdioxygenase,RHD)和AHL合成酶基因;利用富集筛选的方法,从海洋、湿地植物根际以及土壤等环境中筛选到10株既能降解菲或芘又能产AHL的细菌,其中6株属于鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales),四株属于根瘤菌目(Rhizobiales),而这两类细菌在基因组搜索法得到的数据中同样也是优势菌群。分别从以上优势菌群Rhizobiacae和Sphingomonads中选取了具有污染修复潜力的代表性菌株Ensifer adhaerens X097 和Novosphingobium pentaromnaicivorans US6-1作为研究对象,详细表征了两株菌的QS系统,并分别以平板生物膜和静置培养方式作为缺氧环境的代表,研究了缺氧环境对两株细菌AHL合成酶基因表达与AHL合成的影响。得到的主要结论有:(1)在X097和US6-1中,两种缺氧环境均促进了 AHL的合成与AHL合成酶基因的表达。(2)在X097中,位于质粒上的ensIl和ensI2基因分别负责合成多种中短链的AHL,而染色体上ensI3负责合成一种长链的C14-HSL;通过SWISS-MODEL预测的AHL合成酶的三级结构中,质粒上的EnsI1和EnsI2的三级结构更相似,说明质粒和染色体上的AHL合成酶在系统进化、产物合成以及蛋白质三级结构三个方面都显示出很大差异;在缺氧环境下,X097合成的AHL信号分子的种类更多,AHL合成酶基因表达量更高,而且质粒上的AHL合成酶基因比染色体上的对缺氧环境的响应更敏感。(3)US6-1基因组中含有一对novI/novR,当分别敲除ovI或novR后,US6-1均不再合成AHL;US6-1静置培养合成的、以及外源添加的AHL都会在生长期后期被US6-1当作碳、氮源利用,说明US6-1兼具AHL合成和淬灭的能力;US6-1在振荡培养条件下不能合成AHL,而在静置培养条件下可以合成多种AHL,其机制在于有氧环境下novI只有很低水平的转录,缺氧环境则促进了novI的转录和表达,而novR的表达在两种环境下没有显著性差异;(4)探究了两类 O2 响应因子 fnr(fumarate nitrate regulator)和hk(histidine kinase)基因敲除对US6-1合成A1HL的影响,发现缺氧环境下单个fnr的敲除对AHL合成基本无影响,同时敲除任意两个fnr均会提高AHL的产量,同时敲除三个fnr减慢了 AHL的降解速率。位于质粒上的hk3的敲除对AHL合成的影响很小,染色体上的hk1或hk2的敲除虽使AHL的合成提前却降低了 AHL的产量,基因敲除实验的结果共同表明,多个氧气响应因子介导了菌株US6-1的QS系统对缺氧环境的响应;(5)根据转录组测序数据预测到脂肪酸合成途径中的两个关键基因fabZ和fabK在缺氧环境下可能会影响US6-1合成AHL;缺氧环境下由于novI基因表达量的变化会导致很多下游基因的表达量出现显著性变化,包括一系列与环境应激相关的基因,如金属铜和亚碲酸盐矿物耐受基因,以及可能参与PAHs、苯甲酸、氨基苯甲酸酯,阿特拉津等降解代谢的基因等。(6)比较了静置培养条件下菌株US6-1与novI缺失突变株的菲降解率,发现缺氧胁迫下AHL合成酶基因的缺失显著性降低了菌株US6-1对菲的降解率。