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海洋微生物对环境胁迫响应与适应是当今环境微生物学研究领域前沿科学问题。据报道,在海洋玫瑰杆菌属和SAR11属模式菌株中存在磷限制条件下细胞膜脂重构现象,海洋细菌通过合成一系列无磷含氮膜脂和糖脂代替细胞正常磷脂,以应对海洋生态低磷环境。因此,海洋细菌在磷限制条件下细胞膜脂代谢和调控机制成为该领域研究的前沿和热点。海洋异养细菌Candidatus Pelagibacter sp.HTCC7211在磷缺乏下膜脂重构过程中磷脂酶PlcP已得到较为深入研究,但对膜脂重构（Lipid Remodelling）中另一个关键酶糖基转移酶研究较少。利用生物化学和生物信息学方法,对糖基转移酶的生化性质和催化反应机制等进行广泛研究,阐明糖基转移酶在海洋细菌糖脂合成过程中的具体功能,对理解海洋细菌膜脂重构生物功能具有重要意义。本文从GenBank得到GTcp的核苷酸序列,通过体外PCR技术扩增目的基因,用NdeI和SalI酶切目的基因与载体连接,获得重组质粒pET15b/GTcp,并将其在Escherichia coli BL21中成功表达。借助去垢剂溶解目的蛋白,使其保持稳定且均一的状态,经Ni-NTA亲和层析和Superdex-200凝胶过滤使该酶纯化3.5倍,比活力达47.1 U/mg,产率为17.1%。分子筛实验表明,糖基转移酶GTcp在水溶液中以二聚体的形式存在。采用薄层色谱和液相色谱-质谱联用技术分析纯化酶GTcp的催化合成作用,结果表明糖基转移酶GTcp具有催化UDP-已糖（UDP-葡萄糖（UDP-glucose,UDP-Glu）、UDP-半乳糖（UDP-galactose,UDP-Gal）和UDP-葡糖糖酸（UDP-glucuronic acid,UDP-Glc））和甘油二酯（Diacylglycerol,DAG）合成不同甘油糖脂的活性。详细研究了糖基转移酶GTcp的酶学性质,结果表明GTcp的最适反应温度和pH值分别为35℃和8.5;GTcp在1 mol/L的NaCl溶液中仍能保持60%以上的酶活;Mg2+、Ca2+和Mn2+都能显著提高GTcp活性,而Hg2+、Cd2+、Ni2+、Co2+完全使酶失活;还原剂（2-巯基乙醇、DTT）能使GTcp的活性略有提高,而SDS和尿素强烈抑制GTcp的活性;在GTcp的底物特异性研究中,GTcp对被测糖供体UDP-Glu转糖基活性最高,并且在最佳条件下,反应10 h后,GTcp催化生成MGlu-DAG的转化率达42.7%。通过生物信息学分析糖基转移酶GTcp氨基酸序列,并建立系统发育树,发现GTcp及其同系物在GT4家族中形成了新的进化分支。同源建模构建糖基转移酶GTcp三维结构,结合氨基酸同源比对,分析显示GTcp具有糖基转移酶GT4家族的典型特征:His104-Asp256催化活性中心、GRVAXEKN与DVFVFPSXTDTFG UDP-糖结合结构域和Gly-Rich结构域。构建突变体D256A,H104A和D256E,结果表明保守氨基酸残基Asp256和His104在糖基转移中起着重要的作用。通过构建预测底物结合位点突变体（G19A、G82A、G85A、D190A、K195A、T257A、F258A、G259A和E264A）,和分析突变体活性,揭示GTcp与UDP-糖供体的结合机制,结果表明氨基酸残基Gly19、Gly82、Gly85、Arg190、Lys195、Thr257、Phe258、Gly259和Glu264与UDP-糖供体结合有关。突变体T257S酶活提高1.6倍,其原因可能在于Ser残基与底物之间会有更多的结合空间,利于Ser残基与糖供体之间的相互作用。以上结果表明,GTcp具有与已报道的GT-B家族糖基转移酶类似的糖供体识别机制。通过分析GTcp在水溶液形成二聚体,而突变体L56A以单体形式存在,发现疏水残基Leu56对于GTcp二聚体形成是必不可少的。