嗜酸性喜温硫杆菌(Acidithiobacillus caldus,A.caldus)是一种专性化能自养的革兰氏阴性细菌,其生长pH值一般低于3,属于极端嗜酸菌,在极端酸性环境中广泛分布,是生物浸矿的优势菌株之一。此外,A.caldus具有独特的氧化还原性硫化物为硫酸盐的能力,是地球硫循环中的重要组成部分。它独特的生理和代谢特性,使其具有重要的工业应用价值和理论研究意义,受到人们的广泛关注。影响A.caldus工业应用的不利因素是该菌生长周期长、生长得率较低,特别是在浸矿后期高渗透压、重金属等极端环境会对其生理活性产生强烈抑制,因此研究A.caldus的环境适应性,具有重要的理论与现实意义。rpoS基因编码的RpoS蛋白,又可称为σ38或σs,是原核生物中构成RNA聚合酶(RNA polymerase)的一种σ因子。RpoS作为刺激应答的调控因子,主要在对数后期以及进入稳定期时发挥作用,参与如营养损耗、氧化压力、高温、高渗透压和酸性环境等不利条件下的基因调控。不同菌种中,RpoS功能有较大的差异。在A.caldus MTH-04中,RpoS的功能研究,包括与哪些代谢通路的调控相关、如何发挥调控作用等等,都未见报道。因此,深入系统地研究RpoS的调控机制,对于完善A.caldus代谢调控网络,阐明其适应极端酸性的冶金环境之机制,具有重要的意义。本论文对A.caldus MTH-04中rpoS基因在菌株抗逆机制中的功能进行研究,主要开展了以下几个方面的工作:第一,将RpoS蛋白的氨基酸序列与其他嗜酸菌以及RpoS研究较多的模式细菌比对,并分析其进化关系与结构特性。第二,构建了 rpoS基因的过表达工程菌株WT(pSDU1-Prpos-rpoS)。通过测定菌株在不同起始pH值、0.25M渗透压刺激和初始添加1%葡萄糖刺激下的生长曲线对过表达菌株进行了生长特性分析,发现过表达菌株的生长情况优于对照菌。第三,通过RNA-seq和荧光定量qPCR分析野生型、敲除株ΔrpoS(实验室前期研究中构建)以及rpoS过表达菌株在以S0为能源时,相关基因的转录变化情况。研究发现,RpoS蛋白的调控作用不仅涉及鞭毛组装、细菌趋化性、渗透压调节双组份系统OmpR/EnvZ等相关抗逆功能基因,还与硫代谢、丙酮酸代谢和糖酵解途径的酶活性相关。表明RpoS在A.caldus MTH-04的环境适应性和物质代谢中发挥关键作用。本项研究首次较为全面的分析了RpoS蛋白(σ38)的生物学功能,为进一步鉴定RpoS的调控元,阐明其调控机制与调控网络提供了基础数据,具有较高的科学价值。