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温度作为一个重要的环境因子,对于微生物的生命过程有重要影响,包括微生物从微环境中利用纤维素作为碳源的过程。然而,微生物在不同温度下获取碳源(如纤维素)的策略至今仍不清楚。Thermoactinospora rubra YIM 77501T是一株分离自火山沙土样品中,好氧、革兰氏阳性、产孢及具有纤维素降解能力的耐热放线菌,其生长温度范围为28至60℃。基因组测序结果表明该菌有27个潜在纤维素酶基因,分属于六个糖苷水解酶家族。为了理解菌株T.rubra YIM 77501T在不同温度下获取碳源的策略,该菌株在含有纤维素底物(CMC)和不含纤维素(用葡萄糖替代)的培养基中分别于30℃、40℃和50℃下进行培养,并对不同条件下的菌体进行转录组测序比较。通过转录组数据分析显示,四个纤维素酶基因(TrBG2,TrBG3,TrBG4和和ThrCel6B)在30℃、40℃和50℃下均上调表达,而且表达量上50℃>30℃>40℃。一个纤维素酶基因(TrBG1)仅在30℃表现出上调表达,两个纤维素酶基因(TrBG5和ThrCel6A)仅在50℃表现出上调表达。这些上调的纤维素酶基因在大肠杆菌中进行克隆和异源表达,它们的酶学性质对不同温度的响应进行测定。特异性上调的纤维素酶TrBG1和ThrCel6A的酶学性质对其所在生长条件表现出温度适应性。这种表达模式揭示T.rubra在不同温度下使用混合策略获取碳源。在高温环境下,热休克蛋白DnaK是菌株T.rubra YIM77501T应对高温的一种重要方式,即高温刺激下,菌株通过上调表达一些分子伴侣(如DnaK、GrpE、DnaJl和ClpB),利用热休克蛋白DnaK介导的分子伴侣系统,能防止高温蛋白聚集变性,对高温受损蛋白进行修复。通过DnaK基因和N-DnaK(部分DnaK的N端序列)导入大肠杆菌后,发现其提高了大肠杆菌高温胁迫下的成活率,且这种保护能力N-DnaK显著高于DnaK基因。N-DnaK对大肠杆菌E.coli BL2l DE3的保护作用与菌株ATPase无明显相关性,这与DnaK所采取的保护机制不同。对突变体的研究表明,N-DnaK对大肠杆菌E.coli BL21 DE3的保护作用与N-DnaK自身结构柔性变化有一定相关性。本研究提供的基因组学、转录组学和酶学实验的数据对于我们理解微生物如何应对环境变化及对于需提高纤维素降解率的动物饲养和生物能源等领域也有借鉴。N-DnaK的保护作用,对于我们认识生物高温耐受机制,改造工程菌株抗逆性,培育抗逆性动植物品种都有重要指导意义。