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腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）W3-18-1分离于太平洋华盛顿海岸997m下无氧水域的海洋沉积物中，含有的细胞色素少于Shewanella oneidensisMR-1，在微生物燃料电池中能产生较大的电量且在0℃条件下还原金属。S.putrefaciens W3-18-1和大多数希瓦氏菌基因组中编码两个异化硝酸盐还原系统:依赖于NapC的Napα和依赖于CymA的Napβ硝酸盐还原酶。NapC和CymA是高度同源的c-型细胞色素，都含有四个血红素，且都附着于细胞质膜，负责将电子从醌库传递至其他细胞色素或末端还原酶。通过生物信息学分析、分子遗传操作和生化生理实验，我们比较了S.putrefaciens W3-18-1和S.oneidensis MR-1的基因组组成和代谢特点，分析了S.putrefaciens W3-18-1中异化硝酸盐还原系统的表达情况;进一步利用定点突变技术、遗传回补、Western blot和Heme stain等技术探讨了两个同源蛋白NapC和CymA的异同;并根据S.putrefaciensW3-18-1的研究结果初步探讨了Shewanella loihica PV-4氮代谢的相关机制。获得了如下研究结果: 1.通过生物信息学分析发现，S.putrefaciens W3-18-1的遗传操作很难进行与它含有噬菌体限制修饰系统和CRISPR(clustered regularly interspaced shortpalindromic repeat)有关。为了便于遗传操作敲除了核酸内切酶(Sputw3181_4075)和DNA甲基化酶pstM(Sputw3181_4074);S.putrefaciens W3-18-1中含有32个c型细胞色素基因，不含有亚硫酸盐氢化酶SorB、八血红素连四硫酸盐还原酶Otr、TMAO(timethylamine oxide)还原酶、DMAO(dimethyl sulfoxide)还原酶和再生金属还原酶MtrDEF; Napα不受Crp调控，所以微氧情况下Napα基因簇的表达要先于Napβ，这种冗余的呼吸系统使得S.putrefaciens W3-18-1可以更好地适应氧气含量较高的环境。 2.通过构建系列与异化硝酸盐还原相关基因的框内缺失突变株和NapC、CymA回补菌株并测定它们的表型变化，发现两个同源蛋白CymA和NapC在异化硝酸盐还原中的功能并不等同，NapC只能将电子传递至Napα，而CymA可以将电子传递至Napα、Napβ和亚硝酸还原酶NrfA（含有5个血红素的细胞色素）;基于两个同源蛋白的氨基酸序列比对结果，进行了进一步的分子遗传学分析，我们发现第166位的天冬氨酸（Asp-166）残基影响CymA的成熟，第91位的赖氨酸(Lys-91)残基影响CymA从醌库获取电子，第97位的天冬氨酸（Asp-97）残基可能是与CymA特异性相关的关键位点，影响CymA与NapB和NrfA的相互作用。 3.将S.putrefaciens W3-18-1的研究结果拓展到S.loihica PV-4中，发现Crp在希瓦氏菌的氮代谢中起到重要作用，Crp的代谢调节机制可能与碳源/氮源有一定联系。 综上所述，我们的研究为进一步了解希瓦氏菌代谢灵活性的分子进化机制提供了理论依据。