众所周知极端环境中存在特殊类群微生物,其生理结构组成和代谢调控机制明显区别于普通环境微生物,探究其形成机制对于理论研究及应用研究均具有重要的意义。嗜盐微生物是嗜极微生物中的一个重要分支,这类微生物能够在高盐环境中生存,其耐盐机制一直是微生物学家研究的热点。课题组前期研究表明,死海中蕴含着丰富的嗜盐、耐盐放线菌,深入挖掘这些资源以及嗜盐放线菌耐盐的分子机制对于后续开发利用此类特殊类群微生物具有重要指导作用。本文通过多相分类技术对分离自死海的四株放线菌进行物种鉴定,通过基因组学手段分析分离自死海的极端嗜盐放线菌新属菌株Haloactinomyces alba AFM 10251的遗传信息,并通过转录学和蛋白质组学手段分析菌株H.alba AFM 10251在低盐(10%)、中盐(15%)和高盐(20%)条件下基因表达情况,取得了如下结果:综合表型、化学和基因指标的多相分类鉴定结果显示,分离自死海岸边土壤的放线菌菌株AFM 10258~T的分类地位代表一个新属,属命名为Haloactinomyces,种命名为Haloactinomyces alba;AFM 10111~T为Amycolatopsis属的一个新种,命名为Amycolatopsis aureus;菌株AFM 10238 ~T为Saccharopolyspora属的一个新种,命名为Saccharopolyspora griseoalba;菌株AFM 10040~T为Haloactinomyces属的一个新种,命名为Haloactinomyces halophilus。菌株H.alba AFM 10251的基因组中包含一条染色体和两个质粒,预测发现4967个编码基因和65个RNA编码基因。通过功能注释,共有3883个基因获得功能注释,占总预测基因数的78.17%,未有明确功能的基因有404个,占8.13%。KEGG代谢通路分析发现菌株H.alba AFM 10251基因组中存在脯氨酸、谷氨酸、甘氨酸甜菜碱、四氢嘧啶和海藻糖五种相容性溶质合成及代谢通路,还存在与K~+转运相关的基因以及与Na~+输出相关的初级钠泵、次级钠泵和其他Na~+转运蛋白的编码基因。菌株H.alba AFM 10251在三种不同盐浓度下转录水平表达存在差异的基因总数为2753个,显著差异表达基因有768个,其功能主要集中在氨基酸转运和代谢、能量产生、脂类转运和代谢、转录、蛋白合成修饰和离子转运功方面,推测菌株可能更多的通过这些途径改变菌株的生理状态来适应不同的盐环境。蛋白质组学研究成功鉴定蛋白质3255个,其中66.9%的蛋白质为酸性蛋白,大量酸性蛋白的存在可能更加有利于菌株在高盐条件下生存。中盐、高盐相对于低盐条件下差异蛋白个数分别为275和854,说明随着盐浓度的增加,机体内响应蛋白也在不断增加,可见菌株应对不同盐浓度胁迫时,机体在蛋白水平的应答亦存在明显差异。甜菜碱、四氢嘧啶、脯氨酸、海藻糖和谷氨酸五种相容性溶质的合成途径中的所有基因在转录水平和蛋白水平均有较高的表达,且合成相关基因在不同盐浓度下的表达存在明显差异。菌株在中盐和高盐浓度下上调了脯氨酸和海藻糖合成途径基因的表达,下调了甜菜碱和四氢嘧啶成途径基因的表达,推测菌株在中盐和高盐环境中可能通过增加脯氨酸和海藻糖合成的方式提高胞内渗透压,而甜菜碱和四氢嘧啶在菌株应对低盐胁迫时更加重要。相容性溶质合成基因的表达变化预示着菌株的渗透压调节可能是由多种相容性溶质共同发挥作用,胞内渗透压变化则是通过调整相容性溶质比例来实现。高盐条件下,K~+转运蛋白KdpD和TrkA与次级钠泵组成蛋白Nha A的表达在转录水平和蛋白水平均表现为上调;中盐条件下,初级钠泵组成蛋白NuoB和NuoD的表达在转录水平和蛋白水平均表现为上调。预示菌株在中盐环境中可能通过增强初级钠泵的作用向胞外排除多余的Na~+;在高盐环境中可能通过增强胞内K~+内运作用提高胞内渗透压,同时通过增强次级钠泵Na~+的外排作用减少Na~+在胞内的积累。菌株在不同盐浓度条件下既调整了五种相容性溶质合成途径中基因的表达水平,又调整了K~+积累和Na~+外排相关基因的表达水平。推测细胞渗透压的调节是通过相容性溶质合成、K~+积累和Na~+外排作用共同实现,且菌株在不同浓度下这些作用的强弱是通过不同的调节途径来实现。由此可知菌株H.alba AFM10251的渗透压调节机制及其复杂。另外,我们发现蛋白质组的分析结果与转录组分析结果并不完全一致,说明还存在更加复杂的转录后调节机制。研究还发现54个未知功能的蛋白在菌株处于三种不同盐浓度下超高表达或者显著差异表达,明显参与了菌株对盐胁迫的响应过程。分析显示这些蛋白的同源物均来嗜盐或耐盐菌,其功能也很可能与嗜盐耐盐菌调节渗透压平衡有关,值得后续高度关注。