在漫长的进化过程中,宿主为了抵御病毒的入侵,进化出各种防御机制;病毒为了存活,也进化出逃避宿主防御的各种分子机制。CRISPR-Cas系统是原核生物(包括古菌和细菌)进化出的,用来抵御外源遗传元件(包括病毒和质粒)入侵的获得性免疫系统。但是,我们目前对这种共同进化的关系及其分子机制的了解还十分贫乏。本项研究旨在揭示冰岛硫化叶菌体内,Ⅲ-B亚型CRISPR-Cas系统Cmr-α干涉过程中,关键蛋白亚基Cmr2(Cas10家族蛋白)的两个关键保守功能域(HD结构域和Palm结构域)对Cmr-α核酸干涉活性的影响。并进一步系统定位古菌病毒SMV1和STSV2中逃逸或阻碍Ⅲ-B Cmr-α亚型抗病毒免疫的关键基因,从而帮助揭示古菌病毒与宿主共同进化的过程中,是如何相互作用的。本研究实验结果如下:1.使用靶向冰岛硫化叶菌基因组lac S基因并且能够激活Cmr2的非特异性核酸干涉活性的mini CRISPR质粒,探索在冰岛硫化叶菌体内,其Ⅲ-B型Cmr-α复合物中Cmr2(Cas10)亚基的保守功能域HD结构域、Palm结构域对核酸干涉过程的影响。结果发现:Palm结构域突变复合物仍然具有高效非特异降解核酸活性,而HD突变复合物比野生型Cmr-α复合物干涉活性降低了约100倍。因此,在Cmr-α复合物体内干涉过程中,HD结构域比Palm结构域重要,即HD结构域在Cmr-α复合物执行干涉过程中起主要作用。2.Cmr-α系统病毒干涉实验结果表明,Cmr-α系统HD和Palm结构域对SMV1早期基因的靶标抑制了病毒的复制过程。对晚期基因的靶标,抑制其生长过程。靶向病毒SMV1时,Palm-c OA-Csx1这一通路能够高效清除病毒,HD结构域切割ss DNA这一通路不是清除病毒必须的;靶向病毒STSV2时,HD和Palm结构域发挥同样重要的作用。3.利用CRISPR质粒法系统地鉴定古菌病毒中抗CRISPR蛋白基因acr(Ⅲ-B)。分别从SMV1和STSV2病毒基因组中构建的共计87个质粒中筛选到抗HD结构域acr(Ⅲ-B)候选基因10个,抗Palm结构域acr(Ⅲ-B)候选基因5个,这些基因的表达能够提高CRISPR质粒的转化效率。本研究首次使用mini CRISPR质粒分析了Ⅲ-B型Cmr-α复合物Cmr2(Cas10)蛋白HD结构域和Palm结构域在CRISPR干涉中的功能,并分别构建靶向病毒早期基因和病毒晚期基因的质粒验证HD结构域和Palm结构域的功能;在此研究基础上,首次建立了基于mini CRISPR质粒的acr基因筛选法,并采用该方法系统定位古菌病毒SMV1和古菌病毒STSV2中的acr(Ⅲ-B)基因。本研究结果,在科学上证明了古菌病毒SMV1和古菌病毒STSV2携带acr(Ⅲ-B)基因,并进行转化效率实验,在两个病毒中初步定位,得到了10个抗HD结构域的基因,以及5个抗Palm结构域的基因。为揭示古菌病毒及其宿主共同进化过程中,基于CRISPR-Cas系统的相互作用机制深入研究打下了坚实的基础。