趋磁细菌(magnetotactic bacteria, MTB)是一类能够依靠胞内链状排列的磁小体(magnetosome)而感知地磁场,进行定向运动,以寻找适宜生境的原核生物的统称。趋磁细菌的磁小体是由生物膜包被的Fe304或Fe3S4晶体,磁小体的合成过程属于生物矿化过程,这一过程受到细胞的严格控制。磁小体生物合成的分子机制是趋磁细菌研究的最大热点,磁小体膜上已确定的特有蛋白有20～40种,这些蛋白分别被命名为磁小体膜(magnetosome membrane, Mam)蛋白。这些Mam蛋白在磁小体的合成中发挥重要的作用,但它们在磁小体合成过程中是否相互联系呢?执行这一过程时哪些蛋白处于关键位置呢?为解答这些问题,本研究以趋磁螺菌Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1为出发菌株,构建选定的17个Mam蛋白之间的相互作用网络,并从网络中寻找到在磁小体合成过程中发挥重要功能的MamA、MamS和MamT蛋白,进一步确定它们之间的蛋白相互作用,并研究这三个基因是如何参与磁小体的合成过程的。本论文分四部分展开。第一部分,为筛选Mam蛋白之间的蛋白相互作用,构建了17个Mam蛋白用于细菌双杂交系统蛋白相互作用筛选的载体,进行蛋白相互作用初筛,共筛选到62对可能有相互作用的蛋白,半乳糖苷酶活测定结果显示,MamA与MamS和MamT表现出的酶活比细菌双杂交系统正对照高一倍以上。通过Cytoscope分析酶活测定后的蛋白相互作用网络,聚簇分析表明MamA、MamS、MamT、MamO、MamK这五个蛋白聚成一组,说明这几个蛋白之间紧密联系,且在磁小体合成这一生物学过程中发挥重要作用。第二部分,为寻找MamA与MamS和MamT发生蛋白相互作用的位置对MamA蛋白进行N端截短突变并对另外两个氨基酸进行了点突变。通过细菌双杂交系统β-半乳糖苷酶活测定和大肠杆菌体内pull-down两种方法,确定了完整的MamA与MamS和MamT之间确实存在相互作用,MamA与MamS发生相互作用的关键位点为MamA的第159位天冬氨酸；而MamT与MamA的蛋白相互作用与MamA蛋白N端前26个氨基酸有关。还通过细菌双杂交系统β-半乳糖苷酶活测定和蛋白负染两种方法确定MamA第50位精氨酸是MamA蛋白自身互作的关键位点。第三部分,为在趋磁细菌MSR-1中进一步确定MamA与MamS和MamT之间的蛋白相互作用,对mamS和mamT进行基因缺失突变并在突变株中对MamA与绿色荧光蛋白进行融合表达。初步分析突变株表型,透射电镜(TEM)观察结果表明,mamS缺失突变株中磁小体数目变少,成熟度降低；mamT缺失突变株中磁小体晶型结构遭破坏,但仍沿细胞长轴方向呈链状排列。将MamA与绿色荧光蛋白的融合后,分别在野生型MSR-1和两基因缺失突变株中表达,发现MamA-GFP在野生型中集中表达于细胞中央,方向与细胞长轴一致,而在mamS缺失突变株中融合蛋白的荧光弥散于整个细胞中,说明mamS缺失影响了MamA在趋磁细菌中的定位。第四部分,磁小体形成另一个重要因素为铁,为确定趋磁细菌铁吸收与Mam蛋白之间的联系,构建与铁的运输、贮存相关的Bfr1, Bfr2, TolQ, FeoA1, FeoB1共5个蛋白用于细菌双杂交系统蛋白相互作用筛选的载体,筛选这些蛋白与Mam蛋白之间的蛋白相互作用,初筛结果表明,与铁相关的三个蛋白与MamA、MamS和MamT这几个蛋白也有较密切的联系,为进一步揭示MamA功能提供了一些线索。