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微生物在医药、能源、精细化工等工业化生产过程中发挥着重要的作用,然而其应用过程中有机溶剂的存在会严重破坏微生物细胞的生理功能。因此,提高微生物细胞的有机溶剂耐受性及其耐受性机制研究,对微生物菌株在生物催化和生物燃料工业生产应用中具有十分重要的意义。本研究以E.coli JM109为宿主菌株,采用随机突变的方法以p HACM为模板构建了全局转录因子rpo D的基因突变文库,通过筛选获得rpo D突变菌株JM109/p HACMB8(简称B8),该菌株能够耐受2%(v/v)丁醇。将B8和携带野生型rpo D基因的对照菌株JM109/p HACMWT(简称WT)用0.8%(v/v)丁醇处理90 min后,采用基因芯片分析方法研究基因组的转录水平差异。通过基因芯片数据分析,得到329个转录水平相差2倍以上的差异基因,包括197个上调基因和132个下调基因。这些基因涉及糖代谢、氨基酸代谢、细胞膜蛋白、核苷酸代谢、外排泵等相关途径,从中选取了3个上调基因(yei C、yei N、ECs0572)和2个下调基因(yrb L、yhc N)研究其与细胞溶剂耐受性的关系。在E.coli JM109中通过将3个上调基因进行反义RNA沉默,对2个下调基因进行敲除来验证这些基因在溶剂耐受性中的功能。实验结果显示:上调基因yei C和yei N的高表达能提高大肠杆菌对有机溶剂的耐受性。yei C和yei N在假尿苷的合成途径中具有重要作用,而假尿苷主要用于合成RNA,为细胞提供合成原料用于生物修复。下调基因yrb L和yhc N的敲除增强了E.coli JM109有机溶剂耐受性。其中,yrb L与Mg2+激活通道有关,当胞外Mg2+浓度升高时yrb L的表达受到抑制。本研究证明Mg2+能提高E.coli有机溶剂耐受性,因此yrb L的敲除增强了Mg2+在E.coli中的功能。基因yhc N调控基因fab R,fab R编码的DNA结合转录阻遏蛋白抑制细胞膜不饱和脂肪酸的合成,基因yhc N的敲除导致基因fab R的表达量下降,有利于E.coli JM109膜蛋白的合成。本研究为工业化应用中耐溶剂微生物菌株的构建提供了实验依据和理论基础。