本课题以深海细菌Shewanella piezotolerans WP3作为研究对象，以WP3的厌氧呼吸系统作为切入点，通过研究厌氧呼吸系统对不同深海环境因子（高静水压，氧化还原环境的变化和铁浓度等）的响应以及全局调控因子（铁稳态调控蛋白和smallRNA伴侣蛋白）对厌氧呼吸系统的影响，揭示WP3的厌氧呼吸系统对深海环境适应性的重要作用。首先，通过对金属底物厌氧呼吸系统基因簇（mtr-omc cluster）各个基因突变菌株在大气压和高静水压条件下不溶性铁还原能力的测定，发现高静水压对不溶性铁呼吸系统具有一定的选择作用。该基因簇中的MtrABC电子传递与末端还原酶系统在高静水压条件下具有更为显著的功能，而两个在常压下发挥作用的OmcA-like蛋白（外膜细胞色素c蛋白）的功能在高静水压条件下受到抑制。同时通过比较WP3在以高氧化还原电势的氧气和较低氧化还原电势的延胡索酸作为电子受体时的转录组差异，发现WP3能够通过调控不同的厌氧呼吸电子传递链系统，能量产生系统，与厌氧呼吸辅因子有关的转运系统和电子受体趋化系统来适应深海剧烈变化的氧化还原环境。其次，通过铁调控蛋白Fur的缺失菌株对不同深海环境因子的响应，发现Fur蛋白对WP3缺铁环境的适应性和厌氧呼吸能力有显著影响。转录组学分析表明Fur蛋白在深海细菌WP3中扩大了它原有的调控网络，将编码厌氧呼吸电子传递链系统，Heme合成系统以及细胞色素c成熟系统的基因一并纳入，通过直接或者间接调控的方式来激活不同的厌氧呼吸过程。生物信息学分析与和凝胶阻滞实验证实了Fur蛋白能够直接与omcA，napD等厌氧呼吸电子传递链系统中相关基因启动子区域的Fur box结合，正向调控这些基因的表达；同时也发现了Fur蛋白能够通过调控Crp-like蛋白，ArcA/B双组分蛋白等重要的厌氧呼吸调控因子和small RNA_RyhB间接地调控厌氧呼吸系统。这种把铁稳态和厌氧呼吸的调控结合起来的方式可能是WP3适应深海环境的一种策略。另外，Fur蛋白能够对WP3的生物矿化过程能够产生一定的影响，但这种影响只停留在减慢了磁铁矿的形成这个有限的层面上，并没有更进一步地影响形成矿物的矿质学性质。第三，通过small RNA伴侣蛋白Hfq的缺失菌株对不同深海环境因子的响应，发现Hfq蛋白对WP3的厌氧呼吸能力有显著影响。转录组和蛋白组学分析表明Hfq蛋白在深海细菌WP3中对厌氧呼吸的调控网络较为复杂且不同于其他细菌：Hfq蛋白激活了WP3在厌氧条件下重要的产能过程（底物水平磷酸化）和中间代谢产物的产生途径（乙醛酸循环途径），激活了厌氧呼吸调控因子Crp蛋白、不同厌氧呼吸系统中关键的电子传递与末端还原酶以及末端还原酶重要的辅因子钼的转运和生物合成。Hfq蛋白作为一个多效的调控因子，还能够在细胞的运动性、氨基酸代谢、铁稳态调控、信号传导途径以及sigma因子表达等方面影响WP3的深海环境适应性。最后，我们构建了一个以WP3菌株体内自然噬菌体SW1为基础的表达质粒pSW2，该质粒能够在E. coli和不同的Shewanella菌株中自由穿梭和表达，通过引进GFP作为报告基因，我们筛选到了一个在低温条件下高表达的启动子，该启动子能够使pSW2在低温下具有高效的表达外源蛋白的能力。同时该质粒也能够被用做WP3中缺失基因的回补系统，填补了WP3遗传操作系统的空白，为其基因功能的深入解析奠定基础。