在γ-变形杆菌,如大肠杆菌（Escherichia coli）中,Arc双组分系统在介导细菌从有氧到无氧代谢转变过程中起着重要作用,因此该系统通常对于此类细菌的厌氧生长至关重要,但对于有氧生长却可有可无。但在以呼吸多样性闻名于世的奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）中,Arc系统却发挥迥然不同的作用。Arc系统缺失不但影响细菌的有氧生长,而且还严重影响胞外被膜（cell envelope）的完整性,但历经多年研究,其分子机制依然未知。本论文在实验室前期的研究基础上,围绕Arc缺失导致的生长和胞外被膜缺陷两个新颖表型的机制继续深入研究,在两方面取得重要成果:一是明确了寡肽和二三肽的转运能力受损是导致Arc A缺失突变株生长缺陷的部分原因;二是阐明了外膜压力响应调控蛋白σE（由rpo E基因编码）在Arc缺失引起的胞外被膜缺陷中扮演重要角色。过去的研究发现Arc功能缺失（缺失Arc双组分系统中的DNA结合响应调控蛋白Arc A）导致的S.oneidensis生长缺陷与培养基中的胰蛋白胨相关。本论文的第一部分内容由此展开,先后证明了Arc A缺失导致的生长缺陷与寡肽和二三肽的摄取有关,但与细胞水解寡肽的能力基本无关。通过全面分析负责小肽转运的主要系统,明确了S.oneidensis中ABC类型的肽转运Sap系统和四个质子依赖的寡肽转运（POTs）蛋白分别负责寡肽和二三肽的转运;其中,Sap和Dtp A（POTs之一）与Arc A缺失的生长缺陷相关,其过量表达可以促进arc A突变株的生长。凝胶电泳迁移和细菌单杂交等实验证明其中只有dtp A受Arc A的直接调控。本研究将寡肽和二三肽的转运与Arc A缺失紧密联系起来,但是由Arc A缺失引起的生长缺陷涉及多个尚不清楚的生物过程,仍待进一步研究揭示。为了在恶劣和不断变化的环境中生存,细菌细胞通过进化形成复杂的机制来监测胞外被膜的完整性。实验室前期研究揭示S.oneidensis Arc A缺失会导致严重的胞外被膜缺陷,本论文第二部分内容旨在探查其分子机制。通过系统的研究发现γ-变形杆菌中负责建立和维持胞外被膜完整性的转录调控因子σE是arc A突变株胞外被膜缺陷的关键因素。通过比较△arc A对不同类型的抗生素和作用于胞外被膜的试剂（例如SDS）的敏感性差异,论文确定Arc A缺失造成细胞外膜严重受损,而对细胞内膜或肽聚糖层没有显著的影响。结合已有的转录组和蛋白组学数据分析,发现Arc A缺失使得拮抗σE的RseA蛋白水平显著上升,我们推测其胞内σE活性受损。生理分析结果表明过量的RseA对野生型的生长几乎没有影响,却对△arc A的生长有显著的抑制作用,并且这种抑制作用依赖σE,暗示σE在Arc A缺失时变得尤其重要。令人惊讶的是,与E.coli不同,S.oneidensis的σE对细胞的生存是非必需的。然而,在Arc A缺失的情况下,σE变得不可或缺;进一步实验证明Arc A与σE合成致死。序列分析预测和实验验证揭示S.oneidensis的rse操纵子前含有一个位于rpo E编码区末端的σ70依赖的启动子,而在E.coli中,rse操纵子前由一个σE依赖的启动子控制,说明两种菌中的σE调控机制明显不同。此外,论文证明了Arc A与σE两个调控蛋白之间的相互影响,arc A的表达同时受Arc A与σE活性的影响。综上所述,本论文确定了寡肽和二三肽转运蛋白Sap和Dtp A的表达差异部分解释了Arc A缺失导致的生长缺陷。σE是Arc A缺失导致胞外被膜缺陷的关键因素,Arc A缺失使细胞对σE的调控作用更加依赖。论文的研究结果强调了胞外被膜压力响应调控系统之间的相互作用:尽管每个系统可能响应不同的干扰胞外被膜的组分,但它们的功能相互交织,形成相互联系的安全网络。