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鞘酯单胞菌(sphingomonads)作为能够降解广泛的芳香族化合物(如各类多环芳烃)的一类细菌,具有良好的生物修复潜力。然而,细菌在环境中常常面临高温、干旱、盐碱和营养贫乏等环境压力,因此可能影响菌体生长和存活,导致污染修复效率降低。由鸟苷四(五)磷酸(guanosinetetraphosphate和guanosine pentaphosphate,统称(p)ppGpp)介导的应激反应能够协调细菌的生理代谢活动,从而保证细菌可在胁迫条件下生存。在sphingomonads中,(p)ppGpp由Rsh蛋白合成和水解。鉴于细菌的群体感应(Quorum sensing,QS)能够调控细菌的一系列生理活性,研究sphingomonads的rsh基因对QS信号分子积累的影响可为今后在恶劣环境中将sphingomonads作为降解污染物的生物材料提供理论依据。sphingomonads的QS信号分子主要为酰基高丝氨酸内酯(acyl-homoserinelactone,AHL)。目前,对sphingomonads的rsh基因和AHL的关系的探究存在着大片空白,虽然sphingomonads的基因组中常常含有多对luxI/R同源基因,尚未对含多对luxI/R同源基因的菌株进行相关的研究。本研究先以Novosphingobium pentaromativorans US6-1 为研究对象,利用 rsh基因敲除突变株△rshUS6-研究rsh基因缺失对AHL积累的影响。根据qRT-PCR,信号分子降解实验和转录组数据进一步探究具体的分子机制。考虑到sphingomonads常常含有多对luxI/R同源基因,选取Sphingobiumsp.SYK6作为研究对象,分别在富营养和寡营养的条件下研究rsh基因缺失对信号分子积累的影响,由此比较rsh基因缺失对基因组含一对或多对luxI/R同源基因的sphingomonads菌株的影响。本文得到了如下结论:(1)△rshUS6-1在生物膜和静置培养条件下均不再积累AHL信号分子,表明rshUS6-1是N.pentaromativorans US6-1积累AHL信号分子的必需基因。RshUS6-1主要通过ppGpp影响AHL信号分子积累。突变株无法积累AHL信号分子的原因为novIUS6-1和novRUS6-1在指数生长期时表达量显著下降,且与信号分子降解无关。(2)通过分析△rshUS6-1和野生株的转录组数据,推测编码胞质外功能σ因子σE的基因表达降低,编码DksA、RNA降解酶和Lon蛋白酶的基因表达升高是导致novIUS6-1和novRUS6-1的表达量下降的原因,这些潜在的分子机制可为今后深入研究sphingomonads的应激反应对QS的影响提供参考。此外,RshUS6-1虽然负调控多环芳烃降解相关的基因表达,但能帮助细菌更好地应对环境压力,提高生存能力,从而间接提高细菌的多环芳烃降解效率。RshUS6-1是否通过AHL信号分子影响多环芳烃的降解有待进一步研究。(3)菌株SYK6在富营养条件下产生4种AHL信号分子(3-OH-C6-HSL、3-OH-C8-HSL、C8-HSL、C14-HSL),其中 3-OH-C8-HSL 为主要的信号分子。在寡营养下,只产生2种AHL(3-OH-C8-HSL和C14-HSL),其中C14-HSL为主要的信号分子。结果表明SYK6面对不同的营养环境时积累不同的AHL信号分子。△rshSYK6在两种条件下仍然积累AHL信号分子。在富营养条件下,△rshsYK6和WTSYK6的各类AHL信号分子之间的浓度比例相似,但△rshsYK6的AHL浓度更高,原因可能是其生物量更多;寡营养时,WTSYK6的AHL种类更多,浓度更高。进一步在转录水平研究luxI/R同源基因的表达量,发现rshSYK6缺失会导致这些基因的表达量下降,但大部分基因表达量在寡营养时的下调幅度更大,且在不同的营养环境中下调最明显的基因不同:在富营养环境中为sphR1,在寡营养环境中为sphI1。染色体上的sphI2在任何营养条件下的表达量相似,因此可能不受RshSYK6的调控。以上结果表明,rshSYK6缺失在寡营养条件下对SYK6的信号分子积累的影响更大。通过比较US6-1、SYK6和之前报道的sphingomonads菌株中rsh基因缺失对于AHL信号分子积累的影响,发现菌株的基因组上存在一对或多对luxI/R同源基因时,rsh基因缺失产生的影响存在较大差异。只存在一对luxI/R同源基因时,rsh基因是AHL信号分子积累的必需基因;存在多对luxI/R同源基因时,虽然缺失rsh基因会对luxI/R同源基因的表达造成不同程度的降低,但突变株依旧积累AHL信号分子,这可能与不受rsh基因调控的luxI/R同源基因有关。这一现象在sphingomonads中是否具有普遍性仍然有待进一步的实验验证。