细菌染色体相对较小,其精细三维结构的解析相对比较困难。近年来,超分辨率荧光显微技术的出现和染色体构象捕获测序技术的发展,使细菌三维基因组的多尺度解析成为可能。细菌染色体组织为层级结构,包含宏结构域、染色体相互作用结构域和DNA超螺旋等层次,组织过程涉及细菌凝缩素、拟核相关蛋白、DNA拓扑异构酶,以及细菌细胞的生理活动如DNA复制、基因转录、细胞分裂等。细菌的生理活动会响应生长条件而发生改变。研究发现,大肠杆菌中的热响应分子机制涉及许多层面,例如,热响应基因的序列特征、σ因子的转录调控、分子伴侣之间的相互作用、转录水平变化、翻译水平变化等。从结构上看,温度敏感的m RNA会在不同的温度下改变构象来调控蛋白质的翻译水平,DNA的超螺旋结构会因为温度的升高而发生变化。细菌染色体的结构是否会因为温度而发生改变?染色体结构变化与生长条件响应之间存在怎样的调控关系?这些问题尚有待研究。本文对大肠杆菌进行了染色体构象捕获测序实验,得到大肠杆菌在37℃和45℃条件下对数期和稳定期的DNA相互作用数据,并构建了相应条件下的大肠杆菌染色体三维结构模型。针对三维结构模型分析,定义了全局紧凑度、局部紧凑度、紧凑度指数三个定量指标,并在理论模型和实验模型中都验证了这些指标的可靠性。通过综合分析我们发现,在各种生长条件下,大肠杆菌染色体都像一个月牙状弯折的环,环上带有许多褶皱;染色体的局部紧凑度在基因组上分布不均匀;DNA片段的相互作用频率和基因表达水平呈现负相关;有互作关系的蛋白质,其基因所在的DNA片段在空间上更加接近。同时也发现,在高温和稳定期生长条件下,大肠杆菌染色体的短程相互作用频率降低,长程相互作用频率升高,紧凑度也相应升高。本文工作综合运用三维基因组学、转录组学、蛋白质组学等手段对大肠杆菌三维基因组的热适应问题进行了系统研究,揭示了细菌三维基因组在胁迫响应中的变化,加深了对热适应分子机理的认识。文中对细菌染色体构象捕获实验条件的探索,对同类工作具有较强的参考价值,定义的三个紧凑度指标具有普适意义,有助于三维基因组学和系统生物学的发展。