发菜（Nostoc flagelliforme）即发状念珠藻,是一种世界性分布的陆生耐旱蓝藻。在我国,发菜多分布于北部及西北部干旱和半干旱的荒漠地区,常年遭受着极端干旱和极强的紫外辐射等非生物胁迫。其生境中生物可利用氮源极度匮乏,导致天然发菜的生长严重受限。此外,发菜在其生境中频繁经历着干旱-复水循环,在其复水的过程中,呼吸作用、光合作用和固氮能力依次恢复。发菜恢复生理活性的过程中需要大量蛋白质的重新合成,这一过程需要大量的氮源。而在其固氮酶活性尚未恢复,同时环境可利用氮源极度缺乏的情况下,发菜如何高效利用氮源以实现复苏的机制尚不清楚。实验室前期对发菜的全基因组进行比对分析,发现一个可能与尿素降解相关的保守基因簇。该基因簇主要由尿素羧化酶相关蛋白、尿素羧化酶及脲基甲酸水解酶组成。研究发现,该基因簇参与胍的降解代谢并产生NH3。因此,在发菜吸水复苏过程中,胍的代谢可能为蛋白质重新合成提供氮源。本论文以发菜为研究材料,鉴定其胍的产生和代谢相关基因。目前取得以下研究结果:1.发菜中胍的提取与检测,验证发菜中胍的存在。以黑暗环境中干燥保存多年的干发菜为材料,使用BG110培养基对其进行不同时长的复水处理。对处理后的发菜样品进行胍提取实验,并利用高效液相色谱（HPLC）和离子色谱（IC）的方法对提取物进行检测,证实了发菜中胍的存在。2.发菜中efe1与efe2的功能探究。通过同源比对,在发菜基因组中找到两个假单胞菌efe基因的同源基因,并将其命名为efe1和efe2。efe1基因在发菜复水0.5 h后迅速上调表达并达到峰值,而efe2基因在发菜复水过程中持续上调表达,但表达量较低。利用气相色谱技术,在集胞藻PCC 6803异源表达efe1的藻株中检测到了乙烯的产生,而野生型藻株及集胞藻PCC 6803异源表达efe2的藻株中均没有乙烯产生,表明发菜efe1基因具有产生乙烯的功能。3.发菜中胍代谢及产生相关基因的敲除。通过CRISPR-Cpf1基因敲除技术,对发菜胍代谢基因簇中的5个基因gua1、gua2、gua3、gua4、gua5及发菜胍产生相关基因efe1和efe2分别进行敲除,最终得到Δgua1、Δgua2、Agua3、Δgua4和Δgua5的突变株,为后续探究发菜中胍的产生及代谢路径提供重要前期基础。