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本论文对谷氨酸棒杆菌（Corynebacteriumglutamicum）AS1.542菌株的基因组进行了测序和功能注释，对AS1.542菌株与ATCC13032菌株和R菌株之间的基因组特征进行了比较分析;深入研究了谷氨酸棒杆菌AS1.542菌株降解苯乙酸途径的转录调控机理;并开展了谷氨酸棒杆菌ATCC13032菌株降解对甲酚途径相关蛋白的功能研究。
(1)谷氨酸棒杆菌是一种革兰氏阳性杆菌，最初分离自土壤。它能够利用多种糖类和有机酸类物质，代谢产生多种氨基酸，因而被广泛应用于赖氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸和核苷酸等的工业生产中。近年的研究发现，谷氨酸棒杆菌能降解多种芳香化合物，所以它在环境保护、工业污染物的资源化等方面也具有重要意义。对谷氨酸棒杆菌AS1.542菌株进行了全基因组测序、功能注释，并将其与已测序的菌株ATCC13032和R菌株进行比较基因组分析，发现每个菌株都携带了菌株特异的基因，这可能赋予每个菌株不同的生长特性。采用Biolog表型芯片进行比较分析，发现AS1.542菌株与模式菌株ATCC13032对碳源利用能力存在不同。此外，AS1.542是一株丝氨酸缺陷型菌株，研究发现，它编码磷酸丝氨酸磷酸酶serB基因上游的启动子区域的序列突变可能是导致其丝氨酸合成缺陷的一个重要原因。
(2)对谷氨酸棒杆菌AS1.542菌株中苯乙酸途径的转录调控进行了深入研究。新测序的谷氨酸棒杆菌AS1.542菌株中，包含一个完整的与苯乙酸转运、代谢和调控相关的基因簇。该菌株可利用苯乙酸作为唯一碳源底物生长，但是模式菌株ATCC13032则不能。通过将整个14.7kb的苯乙酸降解基因簇从AS1.542引入模式菌ATCC13032，重组菌株ATCC13032/pEC-K18mob2::paa获得了利用苯乙酸生长的能力。由此说明，AS1.542菌株中苯乙酸降解基因簇是一个功能完整并能够独立行使苯乙酸降解相关功能的基因簇。该基因簇中的调控基因paaR，它编码一个TetR家族调控蛋白PaaR。paaR基因的缺失使得整个苯乙酸基因簇中15个paa基因的转录水平表达上调，进而证实PaaR蛋白作为负调控因子，抑制了AS1.542菌株中苯乙酸降解基因簇的转录。构建了RNAseq文库，对不同碳源底物培养条件下AS1.542菌株及其突变株进行转录组测序。基于RNAseq转录组数据对苯乙酸降解相关基因转录起始位点和启动子区域的预测结果显示，AS1.542菌株中苯乙酸降解基因簇分为六个转录单元，而PaaR对这六个转录单元的抑制作用有明显差异，由高到低排序分别为paaABCDEGJFH、paaY、paaZ、paaTK、paaR和paaI。通过凝胶阻滞方法(EMSA)确定了AS1.542菌株中PaaR调控蛋白的效应物为苯乙酰辅酶A，并且通过实验证实PaaR与苯乙酸降解基因上游启动子区域的结合序列为一个非完美的回文序列:5-ACTNACCGNNCGNNCGGTNAGT-3。实验还表明，全局调控因子GlxR也很有可能参与调控AS1.542菌株中苯乙酸降解途径。进一步通过比较基因组学的方法，在Actinobacteria、Alpha-proteobacteria、Beta-proteobacteria、Flavobacteria和Deinococcus-Thermus等57株不同细菌中重构了PaaR同源蛋白的调节子，结果表明PaaR调控机制在这些包含苯乙酸降解基因簇的细菌中是普适的。
(3)通过对前期比较蛋白质组学数据的分析发现了谷氨酸棒杆菌ATCC13032菌株中，与对甲酚降解途径相关的NCgl0524、NCgl0525、NCgl0527和NCgl0530的4个蛋白。基因敲除与互补实验证明，对甲酚降解基因簇上的六个基因ncgl0524、ncgl0525、ncgl0527、ncgl0528、cgl0529和ncgl0530都与对甲酚降解途径直接相关。利用突变株细胞转化对甲酚及相关底物，确定了对甲酚降解途径中的两个关键中间产物:对羟基苯甲酸和原儿茶酸。进一步通过酶学反应，以及重组大肠杆菌降解实验，确定了NCgl0527能够将对羟基苯甲醇转化为对羟基苯甲醛，即ncgl0527基因编码一个NAD+依赖型的对羟基苯甲醇脱氢酶。