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微進(jìn)化是生命適應(yīng)性進(jìn)化的起點(diǎn)。微進(jìn)化過(guò)程起始于通常不可遺傳的對(duì)環(huán)境變化的應(yīng)激反應(yīng)，而終究導(dǎo)致了可穩(wěn)定遺傳的突變。但是“微進(jìn)化”過(guò)程在高溫等極端環(huán)境下如何發(fā)生等問(wèn)題一直懸而未決。該問(wèn)題的解答對(duì)于生命起源研究、極端生物資源的挖掘、工業(yè)微生物的馴化等均具重要的意義。

部分嗜熱菌具有耐高溫、高效降解纖維素、共利用五碳糖六碳糖等生理特性，在整合生物加工技術(shù)（Consolidated BioProcessing；CBP）等纖維素燃料技術(shù)路線中具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，和許多中溫菌一樣，嗜熱菌對(duì)培養(yǎng)體系中的溶劑（如乙醇、丁醇等燃料分子）較為敏感，阻礙了嗜熱菌在生物產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用。雖然菌株的溶劑耐受性可通過(guò)外源溶劑中的連續(xù)傳代得以提高，但其溶劑產(chǎn)量卻會(huì)下降。解決這一難題，有賴(lài)于對(duì)高溫下微進(jìn)化的過(guò)程機(jī)制，尤其是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和適應(yīng)性進(jìn)化關(guān)聯(lián)機(jī)理的透徹理解。

近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所功能基因組團(tuán)隊(duì)博士研究生林璐、助理研究員籍月彤等以嗜熱厭氧桿菌（Thermoanaerobacter）為模式物種，通過(guò)外源乙醇?jí)毫ο禄蚪M和轉(zhuǎn)錄組的微進(jìn)化進(jìn)程的長(zhǎng)期監(jiān)控，揭示了高溫下細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制與適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制之間的相互關(guān)聯(lián)。同時(shí)，通過(guò)與常溫菌的比較，該研究首次提出了高溫下細(xì)菌微進(jìn)化的遺傳與生理特性?；谶@些新發(fā)現(xiàn)，該研究進(jìn)一步通過(guò)特定的乙醇脫氫酶（Teth5140145）或RNA聚合酶調(diào)控亞基（sigma-24，Teth5141847）的過(guò)表達(dá)，證明了一種能夠同時(shí)改進(jìn)嗜熱菌乙醇產(chǎn)量和乙醇耐受性的基因工程策略（圖1）。

圖1：嗜熱厭氧桿菌微進(jìn)化進(jìn)程中基因組和轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化及其相互關(guān)聯(lián)

該研究成果已在線發(fā)表于Biotechnology for Biofuels。該研究是在功能基因組團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人徐健研究員主持下，聯(lián)合美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)周集中教授團(tuán)隊(duì)和青島能源所崔球研究員團(tuán)隊(duì)完成的。

1. Microevolution from shock to adaptation revealed strategies improving ethanol tolerance and production in Thermoanaerobacter, Biotechnology for Biofuels 2013. (DOI: 10.1186/1754-6834-6-103) URL: http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/6/1/103