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反硝化过程是指通过四种还原酶将硝酸盐或者亚硝酸盐逐步还原为一氧化二氮或者氮气的过程。细菌反硝化nos基因簇编码一氧化二氮还原酶(N2OR),该酶催化N2O还原为N2。目前,蜡状芽孢杆菌nos基因簇研究报道较少。蜡状芽孢杆菌nos基因簇的研究对深入了解一氧化二氮还原酶作用的分子机制有重要的作用。基因组测序技术日趋成熟,使我们从基因组的角度去研究反硝化过程成为了可能。站在基因组的角度去分析反硝化过程,开辟了研究反硝化过程的新方法。通过这种方法,我们可以更好、更系统的了解反硝化过程。为了探究蜡状芽孢杆菌HS-N10 nos基因簇相关基因的特点,本文通过比对多个物种nos基因簇基因,寻找nos基因簇各基因保守区。根据保守区设计引物,扩增HS-N10 nos基因簇基因保守区。对已获得保守区设计引物,通过PCR和染色体步移的方法,获得了一氧化二氮还原酶的完整结构基因nosZ以及nos基因簇其他基因保守区。菌株HS-N10 nosZ序列全长1914bp、nosR部分序列1749bp、nosD部分序列946bp、nosF部分序列495bp。利用生物软件和在线网站,对获得的nos基因簇基因进行生物信息学的分析。经BLASTN比对分析,HS-N1O nosZ序列和nosD序列分别与施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)相应序列相似性最高,HS-N10 nosR序列和nosF序列分别与裂环无色杆菌(Achromobacter cycloclastes)相应序列相似性最高。构建HS-N10 nos基因簇相关蛋白进化树,结果表明HS-N10 NosZ蛋白与假单胞菌(Pseudomonas. sp)相关蛋白亲缘关系较近,而与ε-变形菌纲、革兰氏阳性菌的亲缘关系较远；HS-N10 NosR蛋白与裂环无色杆菌(Achromobacter cycloclastes)的亲缘性较近；HS-N10 NosD蛋白与施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)的亲缘关系最近；NosF蛋白在进化上与α-变形菌纲亲缘关系较近。对nosZ基因编码的蛋白进行同源模建和同源性分析,结果表明表明：C端结构域中,580-628位氨基酸所在区域为CUA活性中心,CUA中连接Cu离子的氨基酸残基为H582、H625；N端结构域中,128-493位氨基酸所在区域为CuZ活性中心,CuZ中连接Cu离子的氨基酸残基为H128、H129、H177、H325、H381、H432、H493。经过三四十年的研究,人们对反硝化过程已十分了解,但迄今为止,将反硝化过程置于全基因组的角度研究的报道很少。本文挑选了本实验室保藏的两株高效好氧反硝化菌：HS-N03和HS-N111,分别提取基因组,送上海美吉生物医药科技有限公司进行基因组扫描。测得HS-N03基因组10583491bp, GC含量为54.20%,预测基因数量为9418个,预测基因占基因组比例为81.8%。测得HS-N111基因组584209bp, GC含量为55.99%,预测基因数量为4417个,预测基因占基因组比例为86.9%。GO功能分析表明,HS-N03基因组共有5211个基因具有注释信息,占预测基因的55.33%；HS-N111基因组共有2899个基因具有注释信息,占预测基因的65.63%。通过基因组COG注释分析,我们可知：HS-N03基因组与碳水化合物传递和代谢(G)、氨基酸传递与代谢(E)、未知功能(S)相关的基因最多,分别占预测基因的11.21%、10.22%、8.95%；HS-N111基因组与与碳水化合物的传递和代谢(G)、未知功能(S)、氨基酸传递与代谢(E)、转录(K)相关的基因最多,分别占预测基因的8.56%、8.49%、8.44%、7.11%。对两株菌基因组进行初步分析,结果表明：HS-N03基因组中含有60个与硝酸还原酶有关的基因,与亚硝酸还原酶基因簇相关的基因共28个,与一氧化氮还原酶基因簇相关的基因共19个,而一氧化二氮还原酶基因簇中仅检测到nosZ基因。HS-N111菌株中与硝酸还原酶基因簇相关的基因共24个,与亚硝酸还原酶基因簇相关的基因共9个,与一氧化氮还原酶基因簇相关的基因共8个,并未检测到一氧化二氮还原酶基因簇的任何基因。对基因组中金属离子转运相关基因进行分析,HS-N03基因组中与金属离子转运有关的基因有609个,其中转运反硝化相关金属离子的基因有99个：转运钼离子的基因6个,转运钴离子的基因14个,转运铁离子的基因67个,转运铜离子的基因12个；HS-N111基因组中与金属离子转运有关的基因有275个,其中转运反硝化相关金属离子的基因有44个：转运钼离子的基因3个,转运钴离子的基因4个,转运铁离子的基因32个,转运铜离子的基因5个。