DNA硫修饰的发现补充了DNA由碳、氢、氧、碳、磷五种元素组成的经典理论。DNA硫修饰是一种新型的DNA骨架上的天然修饰,即硫原子取代了DNA磷酸骨架上的非桥接氧原子。通过生物信息学及遗传表型分析发现,DNA硫修饰在微生物中广泛存在。相关的研究表明,DNA硫修饰与细菌的限制修饰系统、DNA的甲基化修饰及抗氧化功能密切相关。本研究以DNA硫修饰的抗氧化功能为切入点,进一步解析了硫修饰系统的抗氧化及抗逆境的机理,对以下的科学问题进行了探索:（1）DNA硫修饰系统是否通过调控菌体内重组修复酶及过氧化物酶活性来实现抗氧化;DNA硫修饰本身是否具有抗氧化功能;（2）硫修饰菌株是否表现出广泛的抗逆特性;（3）硫修饰系统能否通过清除活性氧的方式来保护菌体的DNA和蛋白质免受氧化损伤;（4）硫修饰DNA与活性氧反应的机理。本研究基于对沙门氏菌硫修饰DNA抗氧化功能的研究,发现硫修饰系统不是通过调节重组酶或过氧化物酶活性来实现抗氧化功能的。分别将沙门氏菌硫修饰基因簇转入重组酶基因recA缺失的大肠杆菌DH5α以及缺失过氧化物酶基因katG/katE/ahpCF的大肠杆菌Hpx^-中,通过监测硫修饰异源表达菌株（DH5α/pJTU1238和Hpx^-/pJTU1238）及硫修饰基因缺失突变株在过氧化氢压力下的生长,发现硫修饰菌株具有更快的生长速度,暗示硫修饰系统自身具有抗氧化功能。通过检测X-ray、UV、金属离子等能够引起细胞损伤的环境因子对硫修饰菌株Hpx^-/pJTU1238（Dnd⁺）及非硫修饰菌株Hpx^-/pJTU3527（dndC^-）、Hpx^-/pJTU3528（dndD^-）和Hpx^-/pJTU3529（dndE^-）生长状态的影响,发现硫修饰菌株在多种胁迫环境中有较好的生长状态:（1）X-ray（160 kV、6 mA）辐照实验显示硫修饰菌株比非硫修饰菌株的存活率高10倍以上,而UV辐照条件下的硫修饰菌株存活率比非硫修饰菌株的存活率提高了约3倍;（2）硫修饰系统能够赋予宿主更强的EDTA耐受能力;（3）硫修饰菌株对酸性环境也表现出耐受能力;（4）在高浓度的铁离子、铜离子、Amp、Nor和Kan等抗生素培养基中,硫修饰菌株没有显著的生长优势。为了探索硫修饰系统如何实现抗氧化功能的,本研究利用突变率、清除率、酶活检测等实验发现硫修饰系统不仅可以保护菌体的DNA免受氧化损伤,也能保护蛋白质免受氧化损伤。通过甲氧苄啶（TMP）法检测Dnd⁺、dndC^-、dndD^-和dndE^-系列突变株的突变率,发现在0.5 mM的H₂O₂压力下,与正常生长的对照组比较,硫修饰菌株Dnd⁺的突变率提高约2倍;而非硫修饰菌株dndC^-、dndD^-和dptE^-的突变率则分别提高约20倍、4倍和6倍,说明硫修饰系统可以显著降低菌体在氧化胁迫条件下的突变频率。利用PCR技术检测DNA完整性的结果表明,硫修饰系统可以显著减少菌体DNA在遭受芬顿试剂、UV辐照及X-ray辐照后发生的断裂损伤现象。同时,监测对氧化压力敏感的苏氨酸脱氢酶（TDH）的活性,发现硫修饰菌株体内的TDH酶活力约为非硫修饰菌株的5倍,因此推测硫修饰系统可能可以清除活性氧。体外电子顺磁共振（Electron paramagnanetic resonance,EPR）检测结果显示,2.5 mM的硫修饰二核苷dG_SA能够清除约100μM芬顿试剂产生的羟基自由基,而相同浓度的dG_OA对羟基自由基则没有清除能力。利用EPR技术检测菌体体内自由基,结果显示在50-75μM的H₂O₂压力下,硫修饰菌株Dnd⁺具有清除体内羟基自由基的能力,而dndC^-、dndD^-和dndE^-菌株没有该功能。通过检测培养基中的过氧化氢浓度发现硫修饰菌株可以更快地清除培养基中的过氧化氢。上述结果暗示硫修饰系统为活性氧清除系统,且其清除能力较强。为了进一步探索硫修饰DNA的抗氧化机制,通过高效液相色谱-质谱联用检测芬顿试剂、UV和X-ray处理dG_SA溶液的产物,发现在上述逆境中,dG_SA能够与自由基反应生成dG_OA和dG_HA。用稳定同位素标记的H₂¹⁸O和H₂¹⁸O₂替代H₂O和H₂O₂,跟踪反应产物dG_OA中的氧原子来源,证明其来源于H₂¹⁸O而不是H₂¹⁸O₂。根据这些结果,我们推测硫修饰DNA与自由基反应生成了某种自由基中间体,该中间体分别夺取溶液中的H⁺或OH^-,生成dG_HA或dG_OA。综上所述,硫修饰系统不是通过调节其它抗氧化系统来实现抗氧化功能的;DNA硫修饰可以清除羟基自由基,减少活性氧对菌体DNA及蛋白质造成的损伤;DNA硫修饰系统本身是一个新型高效的活性氧清除系统;硫修饰系统的抗氧化功能进一步增强了硫修饰菌株对多种逆境的耐受能力。本研究的结果拓宽了硫修饰的抗逆范围,提出了硫修饰DNA与自由基的反应模型,为硫修饰抗氧化机理的进一步探索奠定了理论基础。