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丙酮丁醇梭菌是一种严格厌氧的革兰氏阳性细菌。该菌在对数生长期的主要产物是乙酸和丁酸（产酸期），而在稳定生长期的主要产物是丁醇、丙酮和乙醇（产有机溶剂期）。因此，人们普遍认为，丙酮丁醇梭菌是一种具有工业应用价值的微生物。针对该菌有机溶剂产率偏低的特点，工业微生物领域的科学家多年来一直在致力于阐明该菌从产酸期向产有机溶剂期进行转变的调节机制，试图提高有机溶剂产率。然而，迄今为止这方面的进展仍不能令人满意。我们认识到，研究方法限制可能是其中的制约因素之一。在本研究中，我们从丙酮丁醇梭菌的膜和胞浆定量蛋白质组学出发，分析产酸和产有机溶剂期该菌的蛋白质组变化;并结合两个生长时期的差异转录组和差异蛋白质组数据，寻找其基因表达调控的规律;还进一步开展生物化学分析，试图建立该菌生长时期转换的分子调控模型。 以野生型丙酮丁醇梭菌ATCC824菌株作为研究对象，通过对ATCC824的生长曲线、pH曲线以及各代谢终产物浓度的系统分析，我们得以确定了产酸和产有机溶剂期的最佳收集菌体时间。采用超速离心方法，我们制备了丙酮丁醇梭菌的细胞膜和胞浆组分的蛋白质，并运用梯度SDS-PAGE方法初步分析了各亚细胞组分的蛋白质表达谱。为了获取较为精确的定量数据，我们利用iTRAQ标记技术，将同重元素分别标记胰蛋白酶完全消化该菌蛋白质所产生的肽段。辅以高精度的质谱分析，在细胞膜蛋白质组中，共获得435483张MS/MS谱图，其中33％能够匹配为可信肽段，对应于1445个非冗余蛋白质;在胞浆蛋白质组中，共获得457317张MS/MS谱图，其中28％匹配为可信肽段，对应于1258个非冗余蛋白质。定量比较分析显示，相对于产酸期，膜组分中有116个蛋白质的丰度在产有机溶剂期明显上调，而248个蛋白质的丰度在产有机溶剂期显著下调;胞浆组分中有105个蛋白质在产有机溶剂期的丰度明显上调，而58个蛋白质在产有机溶剂期的丰度显著下调。 通过比较生长时期相关的膜和胞浆蛋白质的种类和丰度，我们观察到，二者存在一定程度的交集;不过相对于产酸期，典型的细胞膜蛋白质在产有机溶剂期中普遍丰度下调，典型的胞浆蛋白质在产有机溶剂期普遍上调。更为重要的是，对于膜和胞浆互相交集的差异蛋白质而言，它们的丰度变化趋势基本一致。这表明，随着细菌由产酸向产有机溶剂期转变，基因表达的调控可能有着相近的机制。Jones等人在相近实验条件下，测定了丙酮丁醇梭菌生长时期依赖的转录组。我们将本研究中所鉴定的449个非冗余差异蛋白质与他们的数据集相比较，发现有412个基因表达产物互为交集。我们用热图比较了转录组和蛋白质组的丰度相关性，结果提示，在产酸期转化产有机溶剂期的过程中，68％交集的基因表达丰度的变化趋势呈现正相关。将这些具有正相关性的基因定位于该菌的基因组，37％的基因可被预测位于操纵子中。因此我们推论，当丙酮丁醇梭菌从产酸期向产有机溶剂期转变，操纵子是一种有效的适应性调控方式，它能够快速应对细菌内环境变化，确保细菌生长所必需的代谢和信号通路的通畅。 生长时期相关蛋白质的生物化学功能和生物过程的聚类分析表明，在产酸期向产有机溶剂期转换的过程中，蛋白质丰度普遍下调的膜蛋白质主要聚类于三类功能:细胞壁/细胞膜生物合成、细胞运动、无机盐离子转运和代谢;蛋白质丰度普遍上调的胞浆蛋白质则主要聚类于另外三类功能:能量产生和转变、辅酶转运和代谢、翻译后修饰/蛋白质转向/分子伴侣;而对于膜和胞浆交集的差异蛋白质的功能主要富集在四大功能上:能量产生和转变、氨基酸转运和代谢、辅酶转运和代谢、翻译后修饰/蛋白质转向/分子伴侣。值得注意的是，随生长时期的转换很多代谢通路中mRNA和蛋白质会发生一致性的丰度改变。例如，在有机酸/有机溶剂合成代谢通路中，几乎100％这样的基因表达均发生了上调。通过启动子序列比较，我们发现这些上调基因的转录上游区域中均具有类(0)Abox操纵子的结构特点，提示其基因表达可能受到广谱性转录调控因子Spo(0)A的调控。结合功能聚类结果，我们开展了免疫印记、酶活性测定、蛋白质复合体分离等实验。这些功能性检测的证据进一步支持了组学分析所获得的结论，随产有机溶剂期的转换，参与有机溶剂合成的酶生物活性呈上升趋势，而且这些酶类能够与热休克蛋白质形成稳定复合物，以保证它们在有机溶剂存在的内环境中依然保持足够的催化活性。 本研究系统地分析了丙酮丁醇梭菌在两个典型生长时期的基因表达状态，较为全面地比较了生长时期相关的膜和胞浆蛋白质丰度与转录组丰度的对应关系，抽象地总结了生长时期转变可能的基因表达调控模式。这些研究结果，对于重新思考丙酮丁醇梭菌生长时期相变的调控方法无疑是具有建设性的。