基因转录的精确调控是生物自身发育和环境适应的基本方式。基因之间的相互制约和相互作用构成了复杂的转录调控网络。基因调控网络的分析有助于理解细胞组织内部基因及其产物的生成过程和调控关系，可以实现对基因功能的整体认识和把握。本文结合比较基因组学的方法，在不同类型不同范围的原核生物中，构建了不同种类的转录因子的调控网络。从功能基因、代谢网络和转录调控等不同角度，提升对细胞代谢、信号响应、环境适应以及调控进化的认识，也为构建细胞工厂、代谢工程改造提供丰富的背景知识。　　Sigma54不同于Sigma70因子，需要消耗额外的能量和转录激活蛋白(EBP)才能激活基因的表达。Sigma54广泛存在于微生物，但生理功能并没有定论，且功能认知主要来自在革兰氏阴性菌。我们在生理特性差异显著的15株梭菌构建了Sigma54的转录调控网络。重构了140个EBP的调节单元，包含32组Regulogs和近450个基因。梭菌Sigma54的功能主要集中在中心碳代谢和氨基酸代谢。此外不同生理特性的梭菌的Sigma54调控的功能并不相同。我们推测梭菌Sigma54可能感受的信号是胞内Redox/ATP的状态，尽管不同的梭菌中靶基因不完全相同。除了调控功能与革兰氏阴性菌不同，梭菌EBP感受信号的方式也不相同。梭菌EBP通过N端结构域直接感受信号，而不是革兰氏阴性菌的双组份的形式。同时信号结构域鉴定发现梭菌EBP几乎都包含PAS，推测其直接或间接感受胞内的信号。结合实验结果，我们推测AdhR（醇脱氢酶的转录调控蛋白）的信号调控机制。基于结构的比对结果预测了信号分子Fe2+结合的关键氨基酸。梭菌Sigma54转录调控网络的构建不仅进一步提高Sigma54的生理功能的认识，同时发现了不少功能重要的EBP，为代谢工程改造和底盘细胞设计提供理论支持。　　近几年来，Acetogen因编码Wood-Ljungdahl途径，利用合成气生成乙酸的特性到了极大的关注。但是目前大量的代谢途径的信息非常缺乏，转录调控的研究更是一片空白。本文在14株不同分布不同生理特征的Acetogens，基于子系统的比较基因组学方法，构建Acetogens代谢途径和转录调控网络，包括79组调节单元，360个转录调控蛋白。途径重构发现梭菌科Acetogens的糖和氨基酸利用途径更丰富，而优杆菌科编码了大量含甲基化合物利用途径基因，不少环境菌则更缺少大量电子供体途径。同时体现了不同Acetogen途径调控方式的进化差异，包括调节单元的缩减或扩增，非同源转录因子的替换，以及调控的级联反应。对大量电子受体和电子供体途径的重构，不仅反映了Acetogen代谢方式的多样性，还表征了细胞响应外界信号，整合胞内代谢，调控WL途径活力的能力。　　LysR转录因子(LTTR，LysR-type transcriptional regulator)家族是细菌中最大的调控蛋白家族，参与众多细胞代谢过程。为了分析LysR家族转录因子的调控功能及其功能进化，我们对25株变形菌门LTTR比较基因组学分析。重构了125组调节单元中，包含431个LTTR调控蛋白，预测了LTTR结合位点和和靶基因。基于调节单元的基因组上下文和代谢子系统分析，定义LTTR的代谢功能，推测可能的信号小分子。我们将LTTR的功能重新定义分类，包括不少新发现的功能，如调控着大量的脂肪酸代谢和有机酸代谢途径。为了分析LTTR功能的特异性分化，预测了DNA结合位点和可能的效应物，结合已知结构信息，分别做LTTR识别结构域的进化比较分析。预测了影响特异性识别的关键氨基酸位点，并推测他们之间相互影响相互制约的共进化方式。　　本文基于比较基因组学的方法，在不同类型的微生物体系中构建转录调控网络。不仅可以系统的解析转录因子在不同菌内的生理功能和进化模式，还可以整合不同菌的整体代谢调控网络和相互作用方式，揭示他们代谢调控的多样性。同时也体现了比较基因组学具有很强的可操作性以及应用到不同微生物的潜力。