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产甲烷古菌是唯一大量产甲烷的生物，是复杂有机物厌氧降解成甲烷最终一步的功能类群，对自然界的厌氧环境碳循环中起重要作用。地球上大约75％的地区为极地、海洋、高山等低温环境所覆盖，常年温度低于5℃，因此低温微生物在这些地区的物质循环中发挥着重要作用。分子生态学等研究表明低温环境中甲烷菌资源丰富，但是由于分离培养上的困难，目前在实验室实现纯培养的低温甲烷菌非常少，对于它们的冷适应机制研究较少，只有一株来自南极的低温甲烷菌Methanococcoides burtonii得到了比较多的研究。嗜冷甲烷叶菌R15是本实验室从青藏高原若尔盖湿地分离的一株低温甲烷菌，其生长温度范围是0-25℃，最适生长温度18℃，是一株耐冷的甲烷菌。目前对于冷适应机制的研究主要在细菌中进行，作为第二个低温古菌的研究模型，对它的研究可以增加我们对古菌冷适应机制的了解，探索开发适用于低温沼气发酵的甲烷古菌，以及为低温酶的应用开发新资源。 本研究主要内容包括：⑴产甲烷途径和生物合成等途径在低温下下调表达，与R15在低温下缓慢的生长速率相适应。⑵伴侣蛋白参与了R15的冷适应过程。⑶转录和RNA降解过程参与了R15的冷适应过程。⑷R15基因组中含有丰富的活性氧(ROS)清除基因和抗氧胁迫基因，并且可能参与了R15冷适应的过程。⑸低温古菌含有较多的双组份信号转导系统，表明低温古菌具有较强适应的环境变化的能力并可能参与了R15的冷适应过程。⑹产甲烷途径、还原性乙酰辅酶A合成途径、糖异生、糖酵解、不完全的TCA循环、AMP循环途径等为甲烷菌生长提供能量、合成各类生物合成前体和还原力的途径中的酶浓度表现出随温度升高而表达量增加的趋势。⑺翻译过程对温度敏感，较高温度可能抑制翻译过程。⑻抗氧胁迫蛋白低温下高表达，表明低温下R15受ROS胁迫可能加剧。⑼伴侣蛋白参与了R15的冷适应和热适应过程。⑽通过单核苷酸多态性(SNP)的方法，探讨了R15如何从一株低温菌转变成为中温菌的可能策略。⑾通过对产甲烷途径关键酶的序列比对，探讨了产甲烷途径是如何适应0-110℃如此宽的温度范围可能的策略。