ε-聚赖氨酸(ε-PL)是最初在白色链霉菌Streptomyces albulus NBRC14147的发酵液中所发现的,由L-赖氨酸单体之间通过α-羧基与ε-氨基缩合形成的聚合度分布为25~35的一种天然氨基酸同聚物。目前通过化学染料法筛选到ε-PL产生菌绝大多数属于链霉菌,而且多数为高聚合度ε-PL的产生菌。研究发现聚合度大于9的ε-PL具有非常好的抑菌效果,在酸性或中性环境下,ε-PL对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌以及某些病毒均具有非常好的抑制作用,而且ε-PL具有非常高的稳定性以及水溶性。另外,毒理学实验表明ε-PL对生物体不会产生任何的毒副作用,具有较好的生物安全性。因此,ε-PL是一种非常理想的生物防腐剂,在日本、美国等国家已经正式批准将ε-PL作为食品防腐剂进行使用。不同聚合度的ε-PL在生物学特性方面各有优劣,不同聚合度的ε-PL还可以应用于药物载体、食疗剂、生物材料等许多方面。因此,对于ε-PL生物合成及聚合度控制机制的研究具有非常高的实际意义与应用价值。现有的研究已经表明ε-PL产生菌中是由pls基因编码的ε-聚赖氨酸合成酶(Pls)自身控制着ε-PL的生物合成与聚合度分布,而位于pls基因附近的降解酶基因等并不会影响ε-PL的生物合成与聚合度分布。Pls是一种跨膜蛋白,其结构与NRPS具有一定的相似性,在Pls中包含有A结构域、T结构域、三个串联的C结构域、TM结构域以及Linker区。目前对于ε-PL聚合度的研究还较为薄弱,需要更为丰富的菌株样本对Pls进行比较研究。本研究开发了一种生物信息学方法,利用Pls的序列与结构特征在已完成全基因组测序的细菌中对潜在的ε-PL产生菌进行预测与识别。通过该方法我们预测到了113个pls的编码基因,分布于110个菌株中,获得了非常丰富的pls及菌株样本。在预测结果中,我们发现一株卡特利链霉菌streptomycescattleyadsm46488的基因组中具有两个pls基因,分别位于s.cattleyadsm46488的线性染色体与巨型质粒上,这一现象非常特殊。另外,在预测结果中s.cattleyadsm46488中的两个pls与已知pls的相似性最高。对s.cattleyadsm46488发酵产物的hplc分析结果表明s.cattleyadsm46488是一株低聚合度ε-pl产生菌,其所产ε-pl的聚合度分布为14~29。为了进一步验证s.cattleyadsm46488中控制ε-pl生物合成的具体pls,本研究对s.cattleyadsm46488中的两个pls分别进行缺失突变。对突变株的发酵产物进行hplc检测,结果表明s.cattleyadsm46488中染色体上pls的缺失不会影响ε-pl的合成及聚合度分布,而质粒上pls缺失突变株不能再催化合成ε-pl。本文证明了在s.cattleyadsm46488中是质粒上pls编码的pls控制着ε-pl的生物合成与聚合度分布。本课题组之前对于一株高聚合度ε-pl产生菌streptomycesdiastatochromogenescgmcc3145进行过详细的研究,而s.cattleyadsm46488中的两个pls在s.diastatochromogenescgmcc3145中的异源表达进一步证明了s.cattleyadsm46488中质粒上pls对于ε-pl生物合成及聚合度分布的控制。另外,s.cattleyadsm46488的生长周期较长且产饱效果不是非常理想,其遗传操作非常困难,因此本研究还尝试在链霉菌常用的异源表达宿主streptomyceslividans中对s.cattleyadsm46488的pls进行异源表达,但是实验结果表明s.cattleyadsm46488中控制ε-pl合成的质粒上的pls无法在s.lividans中成功转录。在获得不同聚合度ε-pl产生菌的基础上,本文尝试对不同来源的催化合成不同聚合度ε-pl的pls进行重组,以期研究pls中不同结构域对ε-pl聚合度分布的影响。但没有获得能够成功介导ε-pl生物合成的组合型Pls。之前的研究表明Pls中某些氨基酸位点的突变会造成ε-PL聚合度的改变,所以本文对预测的和已知的Pls进行了系统比对,对各模块中氨基酸残基的保守性进行了分析,为将来开展Pls的机制研究提供数据参考。