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外胞质功能转录因子(Extra-Cytoplasmic Function sigma factor, ECF-σfactor)是数量最大、种类最多的一类σ因子，在调控逆境胁迫反应中起到重要作用。耐辐射异常球菌(Deinococcusradiodurans R1)对辐射、氧化、干燥等胁迫具有极强抗性和极端环境的适应性。该球菌中仅含有3个σ因子，SigA/RpoD(DR_0916)、Sig1(DR_0180)、Sig2(DR_0804)，其中只有Sig1属于ECF-σ家族，本实验室前期研究结果表明 sig1突变导致菌株对热、氧化等胁迫敏感，其中热胁迫表型尤为明显。已有的研究报道仅显示sig1突变株中热胁迫相关基因在mRNA水平的变化，对Sig1在热胁迫环境中的调控作用缺乏深入的了解，相关研究甚少。本研究开展了耐辐射异常球菌sig1突变株及其野生型在正常和热激条件下进行了全局转录组分析，以及通过荧光实时定量PCR，融合报告基因lacZ的靶基因启动子分析、凝胶阻滞实验等研究Sig1对下游靶基因的调控作用，取得如下研究进展： 1.sig1突变株及其野生型在正常(30℃，2h)和热胁迫条件下(48℃，2h)的转录组分析显示，热胁迫导致该菌中674个基因表达上调，707个基因下调，涵盖了高温信号感应、传递及应答反应过程涉及的代谢通路。热胁迫条件下相对于野生型，sig1突变株中共有90个基因表达量上调，980个基因表达量下调，下调基因涉及核糖体、嘌呤嘧啶、氨基酸合成等代谢及胁迫相关通路。包括组成核糖体的22个主要亚基基因表达差异显著，其中rpmD、rpmJ、rpsO、rpsH、rpmF和rpmG发生显著下调2倍以上(p<0.05)，核糖体的合成受到影响；嘌呤代谢通路中22个基因、嘧啶代谢通路中10个基因都发生了显著的下调，致使机体在转录水平受阻。此外，氨基酸合成、脂肪酸合成等代谢途径相关基因表达差异显著，最终导致突变株在热胁迫条件下生长受到影响。qPCR验证热胁迫相关基因hsp20、hslJ、dnaJ1下调2倍以上，其他胁迫相关基因如csp、pspA、fur发生显著下调3倍以上(p<0.05)，DNA修复相关基因如recQ、ruvA表达量同样显著下调。结果表明耐辐射异常球菌Sig1参与了热胁迫反应的全局调控。 2. Sig1同源模建表明其含有保守的ECF-σDNA结合结构域：区域2和区域4；它们能够特异性的识别靶基因启动子区的-10Box和-35Box。耐辐射异常球菌中受热胁迫诱导且在sig1突变株热胁迫下表达量下调的基因有266个，对上述显著下调基因进行汇总分析，利用Softberry、Virtual Footprint等软件对其启动子区进行预测(500bp)，推测Sig1在-35Box的结合位点为5’-TTGACT-3’，-10Box的结合位点为5’-CGTAAAC-3’。 3.通过将显著下调的热休克蛋白基因hsp20、冷激蛋白基因csp、内膜蛋白稳定基因pspA、铁吸收蛋白基因 fur启动子与报告基因lacZ融合，测定β-半乳糖苷酶酶活，进一步证明了Sig1对这些基因(均含有-10Box和-35Box)的调控作用。其中，对在热胁迫条件下起重要保护功能的蛋白小分子热休克蛋白 Hsp20基因进一步分析，转录组数据及 qRT-PCR结果显示热胁迫条件下hsp20表达量上调7倍，sig1突变株较野生型菌株的hsp20表达下调3倍；hsp20突变导致细胞对热胁迫敏感，存活率下降3个数量级，凝胶阻滞实验(EMSA)表明，Sig1能结合在hsp20启动子区上。上述结果表明，在热胁迫条件下Sig1直接参与了hsp20、csp、pspA、fur等基因表达调控。 本研究结果表明Sig1能与热休克蛋白基因hsp20等启动子互作，参与核糖体、嘌呤嘧啶、氨基酸合成代谢及热胁迫等反应的调控。为揭示耐辐射异常球菌热胁迫响应机制奠定工作基础。