生物必须在各种压力条件下存活和繁衍。其中,温度的变化对生物的影响最为直接,往往提高几摄氏度就会触发细胞的热激反应。温度的小幅升高会导致蛋白质解聚,缠结和非特异性聚集。热激的许多形态和表型效应与蛋白质内稳态的不平衡密切相关。耐热或嗜热微生物资源是一个有待发掘的蕴藏巨大潜力的宝库,为了寻找可利用的抗热功能基因元器件,本研究以实验室前期筛选到的一株凝结芽孢杆菌2-6为蓝本,以菌株2-6基因组、转录组和差异蛋白质组等多组学数据为基础;利用生物信息学分析手段,重点分析菌株2-6在37℃和60℃两种不同温度下基因转录和表达差异,建立与温度变化密切相关的基因数据库;筛选出有潜在耐热抗逆功能的基因元件。近年来,以热激蛋白和冷激蛋白为代表的分子伴侣功能的研究,从分子水平揭示了细胞对外界环境刺激的应答过程。热激蛋白通常与多肽链结合,辅助蛋白质组装,稳定空间构象,从而确保蛋白质行使正常的生理功能。与热激蛋白不同,冷激蛋白家族成员CspA最早发现于大肠杆菌低温应答过程中,许多研究表明CspA实际上是一种RNA分子伴侣,其主要功能是稳定RNA二级结构,进而调节基因的表达。尽管这一现象很早就被人们所发现,但是相关的研究和背景知识局限在低温应答层面。在本研究中,我们筛选出了凝结芽孢杆菌2-6中与高温应答密切相关的新型冷激响应基因cspL。与以往的认知不同,cspL在构建的验证菌株大肠杆菌DH5α中显著提升了宿主细胞的温度耐受性和生物量的积累。为了进一步验证cspL功能的普遍性,我们将基因转入真核酵母细胞和原核恶臭假单胞菌中进行异源表达。结果发现,cspL在两种不同菌种中均能提升温度耐受性和增加生物量的积累。冷激蛋白的低温应答机制已经基本清楚,但是在高温应答方面的研究鲜有报道。我们表达纯化了CspL蛋白,利用生物薄膜干涉技术证实了CspL可以结合长度大于4 nt的RNA片段和单链DNA片段,与双链DNA和蛋白质均不能结合。进一步,我们以异源表达cspL的大肠杆菌DH5α菌株为研究对象,利用RNA-seq技术研究了cspL对于菌株转录水平的影响,其中27%的基因表达量显著提高;利用RIP-seq技术研究了cspL在菌株体内能够捕获597个mRNA靶标。综合两部分结果,我们发现CspL的存在,对于菌株有着全局影响,并且COG聚类显示CspL靶基因分布在核糖体基因、蛋白质转运和RNA代谢。据此,将cspL转至工业微生物地衣芽孢杆菌、束丝放线菌和小单孢菌中验证CspL全局性的多基因调控功能。结果表明,三种目标化合物的产量均有显著提高。综上所述,本文系统的解析了凝结芽胞杆菌2-6多组学大数据,并构建高温应答响应基因元器件库。通过筛选和验证,证明来源菌株2-6的cspL在正常温度条件乃至高温条件下,具有全局调控细胞内稳态的功能,同时,作为RNA分子伴侣能够起到“增强子”的作用,促进基因工程菌株的生长和特定化合物产量的提高。