在众多的环境内分泌干扰物中，类固醇雌激素是已知的最有效的内分泌干扰物质物质，且其具有污染范围广，致畸性强和难降解的特点。水生生态系统中类固醇激素的出现和持续存在已成为危害公众健康的一个重要问题。微生物降解是环境中类固醇激素清除的主要途径，然而国内外对微生物降解类固醇激素的代谢途径及机制的研究还很少。前期研究已经表明来自海洋红球菌P14（Rhodococcussp.P14）能以多种类固醇激素为唯一碳源和能源生长、并存在降解雌二醇的关键酶。
　　本文以红球菌P14为研究对象，借助基因组学、转录组学等手段，综合分析红球菌P14降解类固醇激素过程中的中间产物、类固醇激素代谢相关基因和功能酶，以期解析红球菌P14降解雌激素的机制。获得的主要成果如下：
　　（1）采用气相色谱-质谱分析技术检测到红球菌P14降解雌二醇的2种重要中间代谢产物为雌酮和16-羟基雌酮，据此推测红球菌P14通过脱氢酶使雌二醇转化为雌酮，进一步在C-16位通过单加氧途径降解雌酮。综合基因组分析、功能基因验证，推测出红球菌P14降解雌二醇的代谢途径，即红球菌P14先将雌二醇降解为雌酮，再通过C-16α位羟化生成16α-羟基雌酮；然后使D环裂解，产生的中间代谢产物苯甲酸盐和原儿茶酸，通过原儿茶酸代谢途径降解进入三羧酸循环从而彻底降解。此外，还发现红球菌P14可以降解雌三醇和睾丸酮，其降解中间代谢产物分别为16-羟基雌酮、16-羰基雌二醇、3-甲氧基雌酮、12α-羟基二氢睾酮和6β-羟基雄二烯二酮；推测红球菌P14主要通过雌三醇C-17位上的羟基脱氢形成16-羟基雌酮并且进行积累，再脱去C-16位上的羟基形成雌酮；再进一步往下降解，在C-3位上形成甲氧基。根据睾丸酮降解产物，推测红球菌P14降解睾丸酮主要通过两条途径，分别在C-6位和C-12位羟基化，使B环和C环裂解。
　　（2）通过对红球菌P14转录组进行测序分析，发现经过雌二醇诱导下导致中多个基因的转录水平发生改变，包括分析红球菌P14基因组中雌二醇代谢相关的基因，包括降解基因、调控基因、物质运输、物质合成等，编码短链脱氢酶、细胞色素P450、环裂解双加氧酶等与雌激素降解密切相关的功能基因。进一步通过分析红球菌P14基因组中参与雌二醇降解过程的相关基因，如转录调控基因、抗氧化应激反应相关基因和物质转运基因等关键基因，初步构建红球菌P14降解雌二醇的代谢网络。
　　（3）为了研究来源红球菌P14中短链脱氢酶家族（17β-HSD和17β-HSDx）在类固醇激素降解中的作用，将17β-HSD和17β-HSDx基因分别连入表达载体后转入表达宿主大肠杆菌中构建两株重组菌。通过原核异源表达分析发现，17β-HSD对雌二醇具有较高转化效率，其催化反应产物雌酮。通过定点突变结果发现氨基酸残基Lev148、Ser142、Tyr150、Gly249、Tyr155为重组17β-HSD的关键位点。另一同工酶17β-HSDx对雌二醇、睾丸酮和雌三醇转化效率分别为90.1%、43.5%和13.4%，其催化反应产物分别为雌酮、雄烯二酮和16-羟基雌酮。结合红球菌P14降解类固醇激素的产物，解析了红球菌P14启动降解类固醇激素关键步骤。
　　（4）从不同生境中筛选出多株不同种红球菌，发现这些红球菌对雌激素降解能力存在明显差异。同时综合转录组分析结果和比较红球菌属种间基因组分析结果发现红球菌基因组上携带有特异的雌激素降解相关基因簇，该基因簇包含3个细胞色素P450、两个短链脱氢酶、两个TetR调控蛋白、两个脱氢酶、一个铁氧化还原蛋白以及一个脱羧酶。在比较该基因簇后发现，其编码的蛋白细胞色素P450保守性较高，而且基因簇同源性较高对雌酮的降解率相一致。
　　本论文基于降解产物检测、基因组和转录组分析、降解及调控相关基因的异源表达，构建并验证了红球菌P14降解雌激素的代谢网络，初步揭示了红球菌P14降解雌激素的机制。本论文将有助于解析海洋微生物降解类固醇激素的机制，并为功能微生物应用于环境中类固醇激素的修复提供理论基础。