脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans）是一种广泛存在于土壤和水体中的具有很强环境适应能力的菌株。在电子传递上，它可以同时利用O2和NO3-作为电子受体，从而在有氧和厌氧条件下均可以完成反硝化过程。在代谢上，它不仅能利用多种碳源，如硫氰酸盐，吡啶，甲基胺等进行异养生长，还能利用无机硫等无机物作为能量来源进行自养生长。此外，脱氮副球菌的基因组中有多种ABC(ATP binding cassette)转运器（如十几套铁转运系统），能够和周围环境进行广泛的物质交流。　　群体感应(Quorum Sensing，QS)作为一种细胞密度依赖的信号调控系统，在医学致病微生物领域的研究较为广泛，而在环境微生物领域的研究较少。本文以脱氮副球菌为研究对象，利用生物信息学及分子生物学方法证明在细菌体内存在一套QS系统，然后利用传统同源重组方法构建了两株QS单元突变株（ΔpdeI和ΔpdeR）。分别将野生株和两株QS单元突变株培养至对数中后期(OD6003.0)，并进行转录组测序(RNA-Seq)。结果表明，在突变株中，有大量基因的表达受到了影响。通过对转录组数据的挖掘和后续的实验验证，我们找到了QS直接调控的基因及其参与的生物功能。本研究获得了以下结果:　　(1)QS调控系统:首次在P.denitrificans中发现首次发现并证明存在一个pdeR/pdeI群体感应调控系统。pdeI是信号分子合成酶基因，负责合成信号分子C16-HSL;pdeR编码合成调控蛋白(PdeR)，可以识别并结合C16-HSL。随后PdeR-AHLs复合物作为转录因子调控下游靶基因的表达。与已报道的调控蛋白NmuR，LasR，TraR等不同，PdeR不需要与相应的信号分子结合就能够正确折叠编码。LuxR类蛋白在AHLs结合区的活性中心含有丝氨酸残基，能够在284nm波长的激发光下产生荧光，而当LuxR蛋白与AHLs结合之后，活性中心构象发生改变，从而产生荧光淬灭。根据LuxR类蛋白的特点，利用荧光光谱扫描方法检测PdeR与不同种类及不同浓度的AHLs结合，发现PdeR不仅能和自身的C16-HSL结合，发生荧光淬灭，也能与C10-HSL和pC-HSL进行结合。说明脱氮副球菌不仅能响应自身的信号分子，进行种群内的沟通，也能响应其他种群的信号分子，进行种群间的沟通。　　(2)QS的全局调控。用同源重组的方法分别敲除pdeI和pdeR，得到QS单元突变株ΔpdeI和ΔpdeR。在生长对数后期对野生株和ΔpdeI进行转录组测序（RNA-seq），结果表明，QS激活呼吸作用和能量代谢相关的基因，并对一些ABC(ATP binding cassette)转运系统产生调控，增强了脱氮副球菌的环境适应性。本结果为我们进一步研究脱氮副球菌的生物功能及其在环境中的应用提供了理论依据。　　(3)QS调控铁的吸收及其生物学功能。我们对△pdeR也进行了RNA-seq，并分别对野生株和ΔpdeI、ΔpdeR的转录组数据进行比对分析，发现大部分和铁转运有关的基因都受到了调控。脱氮副球菌PD1222的基因组中有多套铁转运系统，包括TonB-依赖型（转运螯合态铁）和非TonB-依赖型（转运游离态铁）系统。QS激活了非TonB-依赖型铁转运系统，抑制了TonB-依赖型铁转运系统。体外DNA-Protein结合实验(EMSA)表明，QS对铁转运系统的调控是直接调控。QS调控铁的转运对脱氮副球菌具有重要意义。在P.denitrificans形成生物膜的过程中，会吸附大量的铁，而过量的铁元素会对细胞产生危害，QS调控铁的吸收方式从TonB-依赖型（主动运输）转为非TonB-依赖型（被动运输），减少了铁元素在细胞中的积累，增强了其在生物膜中的生存能力。