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趋磁细菌（Magnetotactic bacteria,MTB）是一多类群的革兰氏阴性细菌,胞内合成为磁小体（magnetosome,Ms）的膜包被磁性纳米颗粒。尽管MTB广泛存在于世界各种水体环境中,但是只有少数的MTB得到了纯化培养。氧是MTB生长和Ms合成的主要限制因素,然而关于氧在这两方面调控的了解还非常有限。因此对本实验室分离纯化的一株新的磁螺菌ME-1进行基因组学分析,并利用转录组学方法来研究这两个方面的调控作用。基于16S rRNA基因序列相似性,ME-1与Magnetospirillum sp.XM-1亲缘关系最近。ME-1全基因组大小为4,551,873 bp,该全基因组核酸序列也与XM-1的最相似,比对值为92.5%,ME-1可认为一个新种。ME-1中一个环形质粒编码六个基因,且与目前所有的基因都不相似,因此认定为新质粒。ME-1中Ms生物合成基因位于基因组中的磁小体基因岛（magnetosome genomic island,MAI）。ME-1的MAI大小为97,664 bp,有96个基因,其中37个Ms特异性基因分别位于mamAB、mamAB-like、mamGFDC、mamXY和mms五个操纵子中。ME-1的MAI序列与众不同之处在于多一个拷贝的mamPA、在mamAB-like中mamO更大、在mamAB中的mamJ更小。ME-1基因组拥有完整的柠檬酸循环、丙酮酸代谢、氨同化和异化硝酸盐还原等代谢通路,其中潜在碳氮素证实可支持ME-1的生长。ME-1基因组含有nif基因簇,可以编码固氮酶支持ME-1在缺氮的条件下生长。ME-1基因组含有多重拷贝的β氧化关键酶的基因,ME-1利用己二酸可能是通过β氧化。将己二酸作为新型二羧酸用于发酵培养基,实现了ME-1大规模生产Ms。实现了ME-1的高氧浓度和低氧浓度培养。耗氧ME-1细胞缺失Ms,但含有更高的胞内铁含量。表明耗氧抑制Ms合成并不是因为缺少胞内铁。对耗氧和微耗氧ME-1细胞进行高通量RNA测序,转录组学分析发现mamAB操纵子的表达水平不受高氧水平的影响,但负责氧化还原势平衡的关键基因mms和cco在耗氧条件下被抑制。这些结果表明高氧可能通过扰乱囊泡内氧化还原势的平衡,间接抑制Ms合成。在耗氧条件下,ME-1的cox、bo、sodBC、ccm、isc、ahpC等基因表达水平显著上调,可能增加Aa3、Bo3、超氧化物歧化酶和主要氧化还原蛋白的合成,在ME-1耐受高氧和耗氧生长中发挥作用。对ME-1生长和Ms合成相关的关键基因进行实时荧光定量聚合酶链反应,这些基因的表达水平与高通量RNA测序结果一致。ME-1基因组中有152个转录因子,其中的15个参与差异表达基因的调控网络。该网络反映了转录因子和差异表达基因可能的互作方式,为建立ME-1中氧化应激信号关联的转录调控网络奠定了基础。该研究为MTB生长代谢模式和氧胁迫响应调控网络提供了新的了解,这些发现为分离、培养新的MTB菌株和构建新型功能MTB提供了理论依据。