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卡特利链霉菌（Streptomyces cattleya）是研究硫霉素和含氟化合物生物合成的模式细菌。利用脉冲场凝胶电泳,发现卡特利链霉菌DSM46488可能包含两个巨型的线性复制子（>1.6 Mb）。这种两个巨型复制子的结构在链霉菌基因组中罕见。本论文利用基因组学、生物信息学和分子遗传学等方法来验证这两个新颖的复制子,重点研究巨型线性质粒的复制机制,以探讨两个复制子的进化关系。首先,本论文通过基因组测序和分析确定了卡特利链霉菌DSM46488中的两个复制子结构（对应第三章）。454焦磷酸测序获得的全基因组数据与脉冲场凝胶电泳结果一致,表明该菌株包含两个巨型的线性复制子,一个为6.28 Mb,另一个为1.81 Mb。基因组分析结果支持了本论文将1.8 Mb的复制子称为质粒的假设,包括:（i）该复制子没有编码rRNA或tRNA,只编码1,747个与初级代谢关系不大的蛋白质,如抗生素生物合成相关蛋白;（ii）在该复制子上没有发现已测序链霉菌染色体核心区中的保守基因;（iii）对与分配系统相关的Par蛋白进行系统发生分析,该复制子Par蛋白（SCATTp08020和SCATTp08030）与其他链霉菌质粒Par蛋白聚在一个分支中;而染色体Par蛋白（SCATT31180）与其他链霉菌染色体Par蛋白聚在另一分支中。因此,本论文将1.8 Mb的复制子确定为巨型线性质粒pSCATT。而另一方面,巨型质粒与染色体之间存在交互作用;例如,含氟化合物的生物合成必需基因散落在这两个线性复制子中。此外,本文在卡特利链霉菌DSM46488染色体中识别到一个放线菌型整合型接合元件（AICE）ICEScaDSM46488-1。初步实验表明,在TSBY、YEME及MM培养基中正常培养时,该AICE能从染色体上发生环出。其次,本论文分析线性质粒pSCATT的端粒-末端蛋白系统,以研究巨型线性质粒pSCATT的复制机制（对应第四章）。链霉菌全基因组测序时,末端序列中存在的二级结构可能导致454焦磷酸测序无法获得完整的末端序列。因此,本文首先单独对这两个复制子的端粒进行了克隆和测序,获得了非典型的端粒序列,包括巨型质粒的两个端粒（cpTelo与pTelo）及染色体的两个端粒（cpTelo与cTelo）;其中,cpTelo是巨型质粒和染色体共有的端粒。这些端粒和链霉菌典型端粒的核苷酸序列相似性很低;但和链霉菌典型端粒相似,在大肠杆菌中均表现出启动子活性。据此,本论文推测卡特利链霉菌包含新型的端粒系统。在pSCATT中,本论文预测和鉴定了两套末端蛋白-端粒相关蛋白编码基因,分别是tap1-tpg1（SCATTp17400-SCATTp17410）和 tap2-tpg2（SCA TTp03430-SCA TTp03440-SCATTp03450）。它们分别与pSCATT的两个端粒pTelo及cpTelo的复制有关。tap2-tpg2有别于已知的末端蛋白系统,末端蛋白基因位于端粒相关蛋白基因的上游。另外,tap2-tpg2中除了末端蛋白基因和端粒相关蛋白,还有一个SCATT p03430基因,其功能有待深入分析。此外,本论文预测和初步鉴定了巨型质粒pSCATT的复制起始区（对应第四章）。该复制起始区大小约2 kb,位于pSCATT的中心,在分离系统ParAB编码基因上游;携带该DNA片段的重组质粒在变铅青链霉菌能自主复制。该区包括SCATTp08010及其上游非编码区。尽管该复制起始区与已知复制区的序列相似性很低,但具有复制起始区的普遍特征:（Ⅰ）复制起始蛋白SCATTp080101含有一个HTH结构域,EMSA实验显示该蛋白与其上游非编码序列存在明显的相互作用;（Ⅱ）非编码序列包含两对长度为13 bp的正向重复序列和两对长度为10 bp的反向重复序列。然而,这个2 kb的DNA片段只能赋予pSCATT在链霉菌中进行环形方式的复制,而不能进行线性方式的复制;本论文推测pSCATT以该复制起始区进行线性复制尚需其他基因的辅助,或者pSCATT依赖其他的复制起始区进行线性复制。最后,本论文还分析了卡特利链霉菌DSM46488基因组中的毒素-抗毒素系统（对应第五章）。Ⅱ型TA系统（Toxin-antitoxin system,TA system）常由一对毒素和抗毒素基因组成一个操纵子,广泛存在于细菌中,与质粒的遗传稳定性及持留细胞形成重要生理过程相关,但在链霉菌中却鲜有相关报道。本论文在DSM46488基因组中预测到了33对Ⅱ型TA系统,包括rel5E、vapBC、phd-doc等家族。在E.coli中检测毒素功能时,发现RelBE家族的RelBE2sca（SCATT39270-SCATT39280）表现出TA系统的典型功能。在高渗透压等压力条件下,卡特利链霉菌编码的蛋白酶复合物ClpPX能降解抗毒素RelB2sca,导致毒素RelE2sca从TA复合物中释放,最终激活RelBE2sca的功能。值得关注的是,卡特利链霉菌毒素RelE2sca能被大肠杆菌抗毒素RelBeco中和,表明不同种属的RelBE系统之间存在互作。然而,野生型的抗毒素RelB2sca并不能中和大肠杆菌毒素RelEeco的毒性,但是RelB2sca的Asn61Val及Met68Leu的双突变体却可以中和RelEeco的毒性。此外,relBE2sca在变铅青链霉菌、阿维链霉菌及链霉菌FR008中无同源基因,在这些常用的链霉菌异源表达宿主中也都表现出TA系统的典型功能,表明它具有被开发成一种链霉菌通用的遗传筛选标记的潜能。总之,本论文确定了卡特利链霉菌的两个巨型复制子结构。在巨型线性质粒中发现了两套新的端粒系统,鉴定了一个中心复制起始区。此外,发现了链霉菌中的首例链霉菌中的RelBE家族毒素-抗毒素系统。这些工作将有助于卡特利链霉菌及其他重要链霉菌基因组的进化研究。