自然界中存在各种各样的微生物,在环境中都不是单独的个体。微生物之间往往存在着各种相互作用,这些种间相互作用是生物学研究领域的重点之一。水体中的细菌与藻类对生物圈中能量流动和物质循环起着重要作用,两者共存于同一环境时也发生着不同形式与效果的相互作用,这些相互作用对两者的生理状态、生态效应都有重要作用,然而我们对这些相互作用的形式和机理依然缺乏深入认识。因此,结合多学科方法探索细菌与藻类相互作用中的分子机制具有重要的科学意义。前期研究表明某些产维生素B12(VB12)细菌(如根瘤菌属细菌)在与莱茵衣藻共培养时可以通过分泌VB12从而显著增强衣藻的耐热能力,意味着细菌可以通过种间相互作用调控藻类对环境因子的响应。然而,我们对细菌在该过程中全局基因的表达调控、与藻类相互作用以及共生耐热过程中的关键基因功能仍缺乏了解。针对这些问题,本研究基于苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti 1021,Sm1021)与莱茵衣藻这一产VB12细菌-真核藻类研究体系,采用非标定量蛋白质组学技术,揭示了不同温度条件下根瘤菌1021在与莱茵衣藻共培养时蛋白质组表达谱,分析了根瘤菌1021在不同条件下的差异表达蛋白,并利用分子生物学技术对部分基因的功能进行了初步研究。主要研究进展如下:(1)蛋白质组学数据的获取。利用非标定量的蛋白质组学技术,对不同时间点Sm1021细胞在不同温度以及不同培养条件(共生培养和单独培养)的蛋白质组进行了测定。并利用dNSAF的算法对这些数据进行了相对定量,获得了细菌在各条件下蛋白质组学表达数据。(2)Sm1021蛋白质组数据分析。经过聚类等分析后发现,共培养条件对Sm1021细菌蛋白质组表达谱的影响较大。通过统计学的计算与分析,我们获得了在不同条件下(如高温、共培养等)细菌差异性表达蛋白。本实验也发现其差异性表达蛋白数量在温度升高后会逐渐增高。(3)细菌参与增强藻类耐热过程的差异蛋白分析。本研究重点关注细菌Sm1021在与藻类共生耐热中高表达的蛋白质。差异性表达蛋白质结果表明:部分与细胞膜、细胞成分、VB12合成相关等蛋白质具有明显高表达;同时,一些与代谢过程、氨基酸、脂类合成等通路相关的蛋白质也出现了一定的高表达,而部分与脂类代谢,能力代谢,碳循环等通路相关蛋白质表达量降低。这些结果反映了细菌在调控藻类耐热过程中将涉及到多种信号转导、物质转运等过程的基因表达调控。(4)部分高表达基因的功能的研究。本论文中利用了分子生物学等手段,对三个候选的差异表达蛋白进行了功能研究。这三个蛋白对应基因分别为hemB,一个泛素特异性蛋白(SMa1231)与一个功能未知基因(SM_b20173)。实验初步发现,hemB-、SMa1231-会造成了细菌增强耐热能力的减弱,可能在Sm1021细菌参与增强藻类耐热过程具有重要作用,为后期深入研究提供了新的目标基因。综上所述,本论文通过蛋白质组学、分子生物学等一系列手段对产VB12细菌Sm1021增强莱茵衣藻耐热能力过程中的蛋白质组表达谱、部分差异表达基因的功能进行了研究。本研究不仅为深入探索菌藻互作的具体分子机制提供新的研究靶点,也为微生物种间关系研究提供了有益的技术参考。