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磷硫酰化修饰是一种新型DNA糖-磷酸骨架上的生理修饰,其化学本质是硫元素将DNA骨架上非桥联的氧元素取代形成硫代磷酸二酯键。dndA、dndB、dndC、dndD 和dndE与DNA磷硫酰化修饰的形成直接相关,由dndABCDE编码的五个蛋白在胞内相互协调以序列选择性和立体结构特异性的方式将硫元素融入DNA骨架。在部分含有DNA磷硫酰化修饰的菌中,修饰基因簇dndBCDE的附近存在限制基因簇dndFGH,形成限制-修饰(Restriction-Modification,R-M)系统。在原核生物的甲基化系统中,部分甲基转移酶没有与限制性酶一起形成限制-修饰系统,而是单独存在形成孤儿甲基化系统。细菌中的孤儿甲基转移酶Dam和CcrM可以参与许多细胞生理过程,DNA甲基化频率或分布的改变可以影响相关基因转录水平,进而影响其他生理过程,是细菌表观遗传的重要部分。相似的是,部分磷硫酰化修饰基因簇不与限制基因簇共同构成限制-修饰系统,而是单独存在形成孤儿磷硫酰化修饰系统,那么孤儿磷硫酰化修饰系统是否如孤儿甲基化系统一样参与其他生理过程?虽然DNA磷硫酰化修饰系统在原核生物中分布广泛,但其起源、进化和转移等系统发育特征尚未被揭示。因此我们以沙门氏菌(Salmonella enteric serovar Cerro 87)的DndBCD序列作为比对参考序列找出480株含有磷硫酰化修饰的菌,并对其磷硫酰化修饰系统进行了系统分析,分析发现:大部分的磷硫酰化修饰系统是以修饰基因单独存在的形式形成孤儿磷硫酰化修饰系统,不存在任何相关限制基因;DNA磷硫酰化修饰系统可能通过水平基因转移获得并且这些孤儿磷硫酰化修饰系统可能由限制-修饰系统退化而来;发育进化分析表明,磷硫酰化修饰系统的修饰基因和限制基因是共同进化的,令人意外的是,来自不同种属菌株的修饰基因和限制基因可以在同一菌株里装配形成有功能的限制-修饰系统。最后,我们选取携带孤儿磷硫酰化修饰系统的荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens pf0-1)为研究对象,运用第三代测序技术对其野生型菌株进行全基因组测序,并绘制了其基因组磷硫酰化修饰位点图谱,对其开放阅读框、RNA基因、非编码区和启动子区的磷硫酰化修饰位点进行了系统的分类和分析;然后选取野生型和磷硫酰化修饰缺失突变株TT-5(△dndBCDE)进行转录组学分析,结果显示只有包括dndBCDE在内的十个基因发生了转录水平的显著变化,并且十个基因的启动子区均不含磷硫酰化修饰位点,于是我们初步得出结论:孤儿DNA磷硫酰化修饰似乎未参与全局基因调控。野生型和TT-5的代谢组学分析数据表明缺失DNA磷硫酰化修饰后胞内许多与氧化压力相关的代谢物有了上、下调,表明DNA磷硫酰化修饰是胞内重要的抗氧化剂,可以帮助宿主适应环境中的氧化压力。