微進化是生命適應性進化的起點。微進化過程起始于通常不可遺傳的對環境變化的應激反應，而終究導致了可穩定遺傳的突變。但是“微進化”過程在高溫等極端環境下如何發生等問題一直懸而未決。該問題的解答對于生命起源研究、極端生物資源的挖掘、工業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（Consolidated BioProcessing；CBP）等纖維素燃料技術路線中具有重要應用價值。然而，和許多中溫菌一樣，嗜熱菌對培養體系中的溶劑（如乙醇、丁醇等燃料分子）較為敏感，阻礙了嗜熱菌在生物產業的廣泛應用。雖然菌株的溶劑耐受性可通過外源溶劑中的連續傳代得以提高，但其溶劑產量卻會下降。解決這一難題，有賴于對高溫下微進化的過程機制，尤其是細胞應激反應和適應性進化關聯機理的透徹理解。

近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所功能基因組團隊博士研究生林璐、助理研究員籍月彤等以嗜熱厭氧桿菌（Thermoanaerobacter）為模式物種，通過外源乙醇壓力下基因組和轉錄組的微進化進程的長期監控，揭示了高溫下細胞應激反應機制與適應性進化機制之間的相互關聯。同時，通過與常溫菌的比較，該研究首次提出了高溫下細菌微進化的遺傳與生理特性?；谶@些新發現，該研究進一步通過特定的乙醇脫氫酶（Teth5140145）或RNA聚合酶調控亞基（sigma-24，Teth5141847）的過表達，證明了一種能夠同時改進嗜熱菌乙醇產量和乙醇耐受性的基因工程策略（圖1）。

圖1：嗜熱厭氧桿菌微進化進程中基因組和轉錄調控網絡的動態變化及其相互關聯

該研究成果已在線發表于Biotechnology for Biofuels。該研究是在功能基因組團隊負責人徐健研究員主持下，聯合美國俄克拉荷馬大學周集中教授團隊和青島能源所崔球研究員團隊完成的。

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