S层是部分细菌和大多数古生菌的表层结构,由S层蛋白亚基呈晶体状重复排列组成。S层蛋白是原核生物中检测到的第一个糖蛋白,至今仍然是糖基化原核蛋白研究最多的例子之一。具有S层生物的广泛存在及S层蛋白的高丰度,反映出微生物对自然环境的适应性,并且为微生物在特定环境和生态条件下提供了竞争优势。本实验室前期通过电镜观察,不同盐浓度条件下培养的极端嗜盐古生菌Natrinema sp.J7-2细胞形态和S层结构紧密程度都有变化。S层是Natrinema sp.J7-2细胞膜外唯一的组成结构。同时有大量脂蛋白存在于细胞膜上。本论文进一步研究了表层蛋白在Natrinemasp.J7-2中所发挥的作用。本实验室对Natrinemasp.J7-2基因组数据进行生物学信息分析发现了 5个可能编码S层蛋白的基因:nj7g₀389、nj7g₁525、nj7g₂776、nj7g₃860和nj7g₃861,推测多种蛋白共同构成Natrinema sp.J7-2的S层。对Natrinemasp.J7-2的膜组分蛋白样品和胞外分泌蛋白质组进行质谱检测,其中只有NJ7G₀389没有检测到,其他四种蛋白都有被检测到。在实验室培养条件下,只有NJ7G₁525通过SDS-PAGE检测到明显的蛋白条带。我们使用通过“pop-in&pop-out”的方法,分别在野生型菌株和尿嘧啶缺陷型菌株中对nj7g₁525基因进行分步敲除,拟研究缺失nj7g₁525基因造成的S层缺损对Natrinemasp.J7-2的影响。实验结果显示,即使敲除部分nj7g₁525基因片段,在野生型菌株和尿嘧啶缺陷型菌株中不能获得敲除成功的菌株。在这个过程中发现敲除基因nj7g₁525会造成菌体细胞死亡,间接证明了基因nj7g₁525编码的蛋白作为S层的关键组分在Natrinema sp.J7-2生命历程中有着重要作用,是其细胞结构必不可少的一部分。通过基因组分析发现J7-2菌株中有编码脂蛋白转运Lol系统的多种相关基因如lolA、lolC、lolD和lolE,其中nj7g₀991基因对应lolA,在J7-2菌株中编码脂蛋白转运蛋白,推测NJ7G₀991蛋白在Natrinemasp.J7-2的脂蛋白转运定位过程中有着重要作用。前期研究发现,nj7g₀991缺陷型菌株能正常生长,但与野生型菌株相比细胞形状发生变化,推测该突变可能对细胞质膜和S层造成一定影响。由于S层的成熟需要镁离子的参与,本论文研究了在不同镁离子浓度培养条件下野生型菌株J7-2和nj7g₀991缺陷型菌株的生长情况,发现Mg2+浓度较低（20 mM）会严重影响两种菌株的生长。与nj7g₀991缺陷型菌株相比,野生型菌株对EDTA和Triton X-100的耐受能力更强一些。通过EDTA介导的两种基因型菌株转化效率实验,发现野生型菌株转化率明显小于nj7g₀991缺陷型菌株,我们推测缺失nj7g₀991可能影响表面脂蛋白的转运定位进而影响膜结构的完整性,使外源基因片段更易进入细胞,证明表面脂蛋白在一定程度上对细胞有保护作用。另外EDTA对镁离子的螯合破坏了 S层,使外源基因片段更易进入细胞。综合上述结果说明表层蛋白对细胞具有一定的保护作用。