海洋包括深海沉积物环境是地球上最大的生态系统。这一环境中的微生物为我们提供了开发新基因和酶的巨大资源。元基因组学技术是一种不依赖于纯培养的微生物群体基因组学分析工具,为海洋微生物资源的开发提供了有力保障。　　 本研究首先建立了快速有效的环境基因组DNA提取纯化和元基因组文库构建的方法。对中国南海琼东南盆地沉积物构建了库容量为20万克隆,平均插入片段大小为36 kb的元基因组Fosmid文库IMCAS-F003。从文库中随机挑选了600个克隆进行末端测序,获得1051条平均长度为619 bp的高质量序列。基于蛋白的系统进化分析显示文库中主导的微生物是细菌,在细菌中含量最丰富的是变形菌门细菌,接下来是浮霉菌门细菌。大量硫酸盐还原菌和厌氧铵氧化细菌的存在突出了它们在沉积物的物质循环中的重要作用。各种生物信息学工具被用来对所有序列进行分析和功能注释。COG分类分析表明大部分基因与代谢及细胞进程和通讯相关；SEED分析指出了一碳单位代谢和涉及甲烷发生的功能基因的存在；KEGG代谢通路分析显示出了多样性的异质物生物降解的基因的存在。　　 对Fosmid文库IMCAS-F003利用活性筛选的方法共得到19个酯裂解活性的Fosmid克隆。通过亚克隆文库构建和测序分析,筛选到15个不同的新的酯裂解酶基因。这些基因编码的蛋白与已知蛋白的同源性为32％到68％。多序列比对和进化树分析表明所有筛选到的酯裂解酶均为不同细菌酯裂解酶家族的新成员,其中10个酶基因属于家族Ⅳ,两个基因属于家族Ⅴ,1个基因属于家族Ⅶ。剩下的两个酶基因FLS18C和FLS18D在进化树上不属于任何一个已知的家族,很可能是一个新酯裂解酶家族的成员。对含有FLS18C和FLS18D基因的Fosmid克隆pFL18进行了鸟枪法测序,对序列含有的26个开放阅读框进行了分析和注释。此外,以对硝基苯酚丁酸酯为底物,测定所有酶的最适水解温度在40到50℃的温度范围。　　 对酯裂解活性克隆中的一个不能被成功亚克隆的Fosmid进行了鸟枪法测序和全序列分析。结果显示此Fosmid的外源片段很可能来源于参与海洋硫元素循环的未知微生物。对片段上预测的Est12基因进行了克隆表达和酶学性质研究。酯酶Est12的氨基酸序列含有典型的Ser-Asp-His催化三联体,此酶和数据库中与其同源的酶很可能组成了一个新的酯裂解酶家族。酯酶Est12对短链和中等长度碳链的酯具有较高水解活性,其最适温度为50℃,在低温时同样具有较高活性。该酶在pH9时具有最高水解活性,在40℃时较为稳定,随着温度升高稳定性急剧下降,表现出低温酶的特点。Ca2+对酶具有激活作用,与对照相比可增高酶活至151％。抑制剂DEPC和PMSF可降低酶活至34％和25％。该酶对低浓度的SDS和CTAB敏感,对有机溶剂甲醇有较好耐受性。此外,Est12与来源于海水的酯酶EstA有明显不同的特征。酯酶Est12的晶体生长条件为0.1M Bis-Tris,pH6.5,20％(w/v)polyethylene glycol monomethyl ether5000,蛋白浓度15 mg/ml。