脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)和克拉酸(Colanic acid,CA)同属细胞多糖类物质。其中,脂多糖是革兰氏阴性菌细胞膜壁结构的重要组成部分,起着稳定细胞膜的作用;克拉酸是一种广泛存在于肠杆菌属的胞外杂多糖,对细菌抵抗干燥、高渗等外界不利环境有重要作用。本课题以实验室构建的一系列大肠杆菌脂多糖的核心糖突变株为基础,探究脂多糖结构与克拉酸合成之间的影响机制。主要结论如下:(1)当10株大肠杆菌核心糖突变株在30℃的M9固体培养基培养时,ΔwaaG、ΔwaaF、ΔwaaP和ΔwaaB四株出现粘液化表型,ΔwaaU、ΔwaaR、ΔwaaO、ΔwaaC、ΔwaaQ和ΔwaaY六株则为粗糙菌落,媒染观察表明粘液化菌株分泌了胞外多糖。其中,ΔwaaF突变株在固体和液体中培养时都具有最强的胞外多糖分泌能力。(2)提取胞外多糖分泌能力最强的ΔwaaF突变株进行胞外多糖,纯化水解后进行气相色谱和液相色谱分析,确定此胞外多糖的单糖组成为葡萄糖、岩藻糖、半乳糖和葡萄糖醛酸,与胞外多糖克拉酸的单糖组成一致。在ΔwaaF突变株上对克拉酸基因簇中合成的关键基因wza、wzb、wzc和wcaA进行敲除后,大量合成的胞外多糖消失,确认此突变株分泌的胞外多糖为克拉酸。(3)克拉酸合成受到Rcs磷酸化系统的调控,在ΔwaaF突变株上构建Rcs系统及相关基因的缺失突变株,荧光定量PCR表明ΔwaaF突变株中克拉酸的过量分泌是通过增强了Rcs系统磷酸化信号传递。同时,rcsA、rcsB、rcsD、rcsF的敲除都会停止克拉酸的大量分泌,rcsC的敲除则只会使克拉酸的分泌下降。这表明感应激酶蛋白RcsC在此调控中只起到部分信号传导作用,而内膜蛋白RcsD、调控因子RcsB、辅助调控因子RcsA和外膜脂蛋白RcsF对于ΔwaaF突变株中克拉酸的分泌都是必需的;脂多糖结构的变化会被Rcs磷酸化系统感知,进而激活克拉酸的合成。(4)在高渗透环境生长时,ΔwaaF突变株中克拉酸分泌的缺失会加重脂多糖结构改变导致的生长迟滞;脂多糖结构的改变或者克拉酸分泌的缺失会一定程度上增强大肠杆菌的自凝集能力和疏水性,表明脂多糖结构与克拉酸分泌可能在应对抗外界高渗透压等不利生存环境方面具有一定的功能互补性。综合上述研究结果,为应对脂多糖结构的缺失,大肠杆菌会通过Rcs系统激活克拉酸的合成,其中ΔwaaF突变株Hep-Kdo2-lipid A结构的脂多糖具有最大的克拉酸分泌激活能力。本研究从多角度分析了脂多糖结构突变株中影响克拉酸合成的因素,为探索多糖类物质在调控中的相互关系提供了实验依据,对于研究细菌面对不利环境时的自身调节,理解和控制细菌的碳源代谢都具有一定的意义。