古菌独立于原核和真核生物,具有独特的DNA复制机制。然而,相对原核以及真核生物,知之甚少。本文以深海超嗜热古菌Thermococcus sp.4557为材料,研究了其DNA复制过程中三个核心蛋白PolD、GINS、GAN蛋白之间相互作用以及生化活性。本研究首次发现并证实了 GINS15与PolD小亚基DP1之间具有相互作用,通过分子筛层析,pulldown,ELISA以及Biacore不同方法进行互补验证,最终发现GINS15可作为中间蛋白,连结DP1以及GAN,形成DP1-GINS15-GAN复合体,命名为PGG复合体。生化活性测试结果显示GINS15抑制DP1的核酸外切酶活性。通过所获得的数据,本文推测了 PGG复合体在古菌体内作用机制模型,为揭示古菌两种主要DNA聚合酶（PolB和PolD）的体内生理功能以及古菌DNA代谢机制提供了理论依据和线索。除基础理论研究,本文亦对DNA复制酶资源的产业化应用进行了技术尝试。研究中利用大洋科考获得的深海超嗜热古菌Palaeococcus pacificus和Thermococcus sp.4557的基因组,自主开发了可应用于PCR的DNA聚合酶。本文还以Thermus aquaticus DNA聚合酶（D17）为案例,利用小规模的蛋白表达,摸索实验条件,最终尝试了 100 L发酵规模DNA聚合酶生产,并获得良好纯化,在产量以及纯度方面,达到了产业化的标准,最终形成一套适合DNA聚合酶生产的流程。同时对获得纯化的DNA聚合酶产品进行活性测试,包括大量不同来源的基因扩增,不同科研单位对DNA聚合酶产品活性检测。与市场上的成熟产品进行比较,本研究中获得的几种DNA聚合酶在性能上已经满足商业开发的条件,为后继工业化生产DNA聚合酶进行了技术储备。经过复配的DNA聚合酶在农业、医疗诊断、科研等领域进行了广泛测试验证,为后继推广工作提供了技术依据。DNA聚合酶最普遍的应用就是PCR。然而PCR通常会出现较低的扩增效率以及特异性,导致科研进展缓慢。本文报道了一种利用大肠杆菌Exonuclease Ⅲ（ExoⅢ）核酸酶的突变体实现热启动PCR的方法。通过与同源蛋白晶体结构比对,模拟了E.coli ExoⅢ与DNA结合的三级结构,并确定了 EcoExoⅢ的核酸酶活性中心的一个保守氨基酸以及与DNA结合的三个保守氨基酸残基。对野生型的EcoExoⅢ进行缺失突变,获得了 EcoExoⅢM突变体蛋白,通过验证,该蛋白缺失了野生型EcoExoⅢ的核酸酶活性但保留较强的DNA结合活性。本研究证实了 EcoExoⅢM在低温环境下通过结合模拟底物双链DNA的3’端,阻止DNA聚合酶在低温环境下对错误配对DNA进行延伸,减少非特异性PCR扩增。利用多组PCR实例,检测EcoExoⅢM对PCR的影响。检测结果显示EcoExoⅢM确实可以有效提高PCR效率和特异性。全文围绕参与DNA复制及修复过程中的包括DNA聚合酶在内几种蛋白,理论与应用相结合进行实验研究,获得有效数据,并对结果展开了深入的分析讨论。一方面阐释了古菌中复制叉复合体的部分构成机理,古菌的DNA复制机制进一步得到解析和认识。另一方面,对来自深海热液口超嗜热古菌中的DNA聚合酶进行应用开发,最终获得性能良好的产品,促进我国相关企业竞争力。