生物冶金工业离不开冶金微生物的作用,目前对于冶金微生物的研究已经提高到基因组学的研究水平,一些冶金微生物的基因组相继完成测定或正在进行测定,然而相对于生物冶金环境中微生物的多样性而言,这些基因组信息量还比较少,且完成测序的冶金微生物中绝大多数为中温微生物(20-40℃),而中度嗜热(40-55℃)以及极端嗜热(55-80℃)的冶金微生物的基因组则较少,对于这些冶金微生物生理生化性质的遗传物质基础的研究目前还十分缺乏;生物冶金工业也将提高反应器的温度作为提高冶金效率的一个措施,因而开展嗜热以及极端嗜热冶金微生物基因组学的研究对于高温冶金工艺的设计是十分必要的。　　 菌株SM-1是本实验室从生物冶金反应器中分离出的一株喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus),作为生物冶金反应器中重要的硫氧化细菌之一,喜温嗜酸硫杆菌在维持酸性冶金环境和氧化生物冶金过程中产生的无机硫化合物方面发挥着重要作用。为了揭示其硫氧化代谢的遗传机制、以及对其进行遗传改造为生物冶金工业提供优良生产菌株,本研究在实验室已有的研究基础之上,对SM-1进行了全基因组测序以及相应的基因组学分析,同时利用全细胞蛋白质组的数据对注释结果进行了验证。基因组含有一条环状染色体和四个质粒,染色体全长2,932,225 bp,GC含量为61％,共编码2880个ORFs。SM-1含有两套核糖体RNA操纵子,47个tRNA基因,负责转运生长所需的20种氨基酸。质粒pLAtcl、pLAtc2、pLAtc3和pLAtcm长度分别为9778、14,110、29,704和251,782 bp,分别编码10个、13个、28个和255个ORFs。基因组注释分析结果表明:1)SM-1通过卡尔文-本森循环固定CO2,基因组具备完整的EMP、PPP、糖异生途径以及不完整的三羧酸循环(TCA);基因组编码4个碳水化合物转运蛋白,用于糖类物质运输。基因组的分析结果表明SM-1具有利用一些碳水化合物的遗传基础,试验结果也表明在无机盐培养集中添加少量的碳水化合物能够促进其生长。2)SM-1通过氧化无机硫化合物获得生长所需的能量,相关酶类的一些基因在基因组中被鉴定出来,如:硫氧化基因簇(SOX)、硫化物:醌还原酶(SQR)、连四硫酸水解酶(TetH)、硫氰酸酶等,根据这些分析结果构建了SM-1无机硫化合物代谢的模型。3)SM-1采用多种策略适应极端恶劣的冶金环境,如:重金属抗性系统、内源性活性氧类物质(ROS)清除系统、DNA损伤修复系统、形成生物膜以及维持适当的蛋白质折叠环境等。4)与其它三株完成测序的嗜酸硫杆菌相比较,结果显示SM-1含有最多的编码转座酶相关的ORFs,其中包括SM-1特有的12个ISAtfe拷贝和37个ISAtcl拷贝,这些插入序列赋予了SM-1基因组一些特有的遗传特征。　　 Acidianus hospitalis W1是分离自冰岛海底火山口的一株高温古菌,它是迄今为止Acidianus属第一株完成全基因组测序的物种。W1基因组由一条环状的染色体(2,137,654 bp)和一个质粒(pAH1,28,644 bp)构成,分别编码2339个和39个ORFs。染色体含有一套核糖体操纵子和47个tRNA基因,含有3个可能的复制起点。基因组的分析结果显示:1)W1通过3-羟基丙酸/4-羟基丁酸循环固定CO2进行自养生长,还可以利用一些有机物(淀粉、葡萄糖、甘露糖、半乳糖以及酵母提取物等)进行异养型生长,相应的糖转运蛋白、氨基酸转运蛋白、糖苷水解酶以及蛋白水解酶编码基因分布于基因组中。由于缺少氢化酶,W1不能像A.ambivalens和A.tengchongensis一样利用H2作为电子供体进行生长,W1通过氧化元素硫、无机硫化合物以及金属硫化矿物获得能量,但不能氧化二价铁离子获取能量。2)A.hospitalis W1基因组中含有6个CRISPR座,总共有129个spacers序列,CRISPR两侧的cas基因被vapBC基因对所分隔,它们构成了w1复杂的且部分缺陷的CRISPR/Cas/Cmr免疫系统。3)W1基因组中含有一个结合质粒paiH1,同时也是丝状脂毛噬菌体的模式宿主,这为研究泉古菌病毒/质粒与基因组的相互作用机制提供了合适的研究对象。同时,由于W1基因组比较小,含有较少的转座酶(5个),基因组相对稳定,是构建Acidianus属遗传操作系统的一个理想菌株。