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本研究对3株南极海洋石油烃低温降解菌Shewanella sp.NJ49、Pseudoalteromonas sp.NJ289和Planococcus sp.NJ41的基因组展开测序、拼接和组装,通过全基因组测序,获得了3株细菌的基因信息,基于目前的基因数据库、蛋白数据库信息,对获得的全基因组进行功能注释,并根据代谢途径注释结果,分析低温降解菌的代谢过程和相关低温、耐盐和抗辐射适应机制和降解酶基因,同时对3株细菌的比较基因组学进行了研究,初步探明了3株细菌的全基因组序列和适应低温、高辐射、高盐极端环境的基因。主要的研究结果如下:(1)Shewanella sp.NJ49基因组总长度约为4.7M,平均G+C含量为41.57%,有4个scaffold;在该基因组中存在5个不完整的前噬菌体;基因组中有12段CRISPR序列,推测该菌在抵抗外源DNA入侵方面具有一定的免疫能力。393蛋白编码基因中存在信号肽序列,占总蛋白编码基因数量的9.41%;4,173蛋白编码基因中存在至少一个及以上的跨膜螺旋区域,占总蛋白编码基因数量的25.23%;GO注释结果表明,胞外组分、生物合成过程及细胞组分中的基因最多;COG注释结果表明,一般功能基因居多,其次为未知功能的基因,转录和信号转导过程涉及的基因数量也较多。注释结果表明菌株NJ49存在可降解苯、萘、二甲苯、苯乙烯、氯代烷烃、氨基苯甲酸及芳香族化合物等异源物质的基因。(2)Pseudoalteromonas sp.289基因组总长度约为3.5M,平均G+C含量为40.83%;357个蛋白中存在信号肽,占总蛋白数量的9.94%;853个蛋白编码基因中存在至少一个及以上的跨膜螺旋区域,占总蛋白编码基因数量的23.7%;GO注释结果表明,生物过程、胞外氮组分和铁结合蛋白中的基因最多;COG注释结果表明,未知基因最多,高达28.55%,说明该细菌含有大量未知功能的基因,是一个潜在的新基因库,其次为一般功能基因,氨基酸转运和代谢过程涉及的基因数量也较多;KEGG注释结果表明,该菌中代谢类基因最多,以一般代谢类基因最多,其次为氨基酸代谢基因,再次为碳代谢相关基因。系统发育分析结果表明,菌株NJ289可能是一个新种。(3)Planococcus sp.NJ41基因组总长度3.1M,平均G+C含量为39.69%,该菌共有3,138个编码基因,其总长度2,743,959bp,编码基因的平均长度874bp,编码序列的覆盖度达到87.17%。NJ41基因组内共有127个重复序列,其中LTR长末端重复序列74个,DNA转座子15个,LINE长散在重复序列24个,SINE短散在重复序列10个,RC滚环1个,未知重复序列3个,串联重复序列中小卫星DNA85个,微卫星DNA2个;非编码RNA中,t RNA共67个,平均长度77bp,5s r RNA9个,平均长度115bp,16s r RNA9个,平均长度1,538bp,23s r RNA9个,平均长度2,932bp,s RNA2个,平均长度98bp;NJ41不含有前噬菌体和CRISPRs,但有7个基因岛,平均长度为15,429bp,显示了其部分基因横向起源迹象,该菌的低温适应性或者低温降解功能可能与基因岛上的基因有关;GO注释结果表明,在细胞组分大类基因中细胞和细胞组分的基因数量较多为821个基因,在参与生物过程大类基因中参与参与代谢和细胞的基因数量很多,分别为1,246和1,173个基因,在分子功能大类基因中,催化活性和结合基因数最多,分别为1,319和965个。经过深入分析,在NJ41菌基因组中发现了双加氧酶和单加氧酶相关基因,其中单加氧酶基因有Pcp、次氮基三乙酸酯单加氧酶组分A和组分B、五氯酚-4单加氧酶,双加氧酶基因有联苯双加氧酶、mhq O色氨酸-2,3-双加氧酶、2-硝基甲烷双加氧酶和PF00903蛋白家族。COG注释表明,参与基本代谢(Metabolism)的蛋白数目最多。二级分类中,COG类别E(氨基酸转运与代谢)、J(翻译,核糖体结构和生物合成)和P(无机离子转运与代谢),所涉及的蛋白数目相对较多,分别占预测蛋白总数的13%、8%、8%。将菌株NJ41基因组预测的所有基因与KEGG数据库进行比对,在7205个全基因中,57%(1790个)的基因与KEGG数据库基因匹配,1790个基因共涉及142条33类KEGG代谢途径。注释结果表明菌株NJ41中存在可以降解苯、萘、二甲苯、苯乙烯、氯代烷烃、氨基苯甲酸及芳香族化合物等异源物质的基因。(4)3株细菌有各自不同的低温适应、耐盐和抗辐射机制以及降解酶系统。在低温适应机制方面,3株细菌都含有低温适应的分子伴侶Grp E和热激蛋白,不同的是NJ289和NJ41含有大量的冷激蛋白,NJ49不含有冷激蛋白,但NJ49的热激蛋白及热激蛋白转录因子非常丰富且多元化,其分子量有12KDa、70k Da、10k Da不等,还注释到热休克蛋白转录因子hsf1。NJ41菌株中发现冷休克蛋白Csp A和Csp C和一些类似冷激蛋白的基因和分子伴侣基因(Dna J、Dna K、Dna E);抗辐射机制方面,3株细菌均依赖Uvr ABC系统进行DNA损伤修复,菌株NJ49和菌株NJ289还注释到调节因子Uvr Y,与Schizosaccharomyces属细菌和Bacillus属细菌中的紫外DNA修复核酸内切酶相近;耐盐机制方面,3株细菌都包含Trk系统和Na+/H+逆向转运蛋白系统。NJ289还包含prop系统,菌株NJ41含有脯氨酸合成基因:pro A、pro B及pro C和put P、pan F等转运体;在降解异源物质方面,3株细菌都可以降解一定范围的芳烃,都含有多种降解酶系统,其中NJ49中注释到烷烃单加氧酶基因alk B和双加氧酶基因,NJ289中注释到了醛脱氢酶、醇脱氢酶等烷烃代谢相关酶基因,NJ41中注释到了儿茶酚-2,3-双加氧酶和乙醛脱氢酶等萘代谢相关酶基因。(5)3株细菌与其他同属菌存在染色体基因组序列重排现象。系统发育分析预示着NJ289可能是新种,在NJ289中注释到了两个基因簇,显示NJ289在抗菌、抗肿瘤或抗真菌药物合成中具有一定的潜力。在NJ41中注释到有2个基因簇(terpene)。