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苹果酸-乳酸发酵是生产优质葡萄酒的重要生物过程,通过这一过程可以降低酸度、提高微生物稳定性、增加气味和风味的复杂性。酒酒球菌是葡萄酒苹果酸-乳酸发酵的主要启动者和执行者。苹果酸-乳酸发酵的条件复杂且不利于微生物的存活（高乙醇和高SO2水平、低温和低p H）。酸胁迫是最常见的不利环境,会对菌株细胞造成不可逆的损伤。酒酒球菌作为苹果酸-乳酸发酵的优势菌株,其自身有一系列的调控机制来面对酸胁迫的压力。通过解析酒酒球菌在酸胁迫下的响应机制,能够进一步理解酸胁迫对菌株生长与代谢的影响,并且为未来关键代谢通路的定向改造提供重要的借鉴。目前,关于酒酒球菌胁迫响应机制的探究主要集中在其受到环境胁迫时单个或几个基因、蛋白、代谢物或者代谢通路的变化,然而菌体对胁迫环境的应答往往是全局性的,体现转录调控与代谢调控、基因与蛋白、代谢反应物与生成物等不同层级响应的相互配合。因此,本研究以酒酒球菌SD-2a为研究对象,首先通过其小热休克蛋白Hsp20的生物学功能判断该菌具有良好的胁迫响应能力;然后设计酸胁迫试验进行代谢组学分析,并且结合转录组数据,利用二分网络判别基因和代谢物之间的关系;再以基因组数据为基础构建酒酒球菌SD-2a的基因组规模代谢网络模型（i QY500）,评价在不同酒酒球菌中基因组以及基因组规模代谢网络模型的保守度;比较试验结果和计算机模拟结果是否一致验证了i QY500的准确性;最后将代谢组和转录组数据整合到i QY500解析酒酒球菌SD-2a的酸胁迫响应机理。论文的主要研究结果如下:（1）序列比对分析结果表明,酒酒球菌Hsp20具有保守基序“A-x-x-x-x-G-x-L”,这是典型的小热休克蛋白家族的序列特征。对酒酒球菌SD-2a的Hsp20蛋白进行了克隆表达和纯化,并且通过异源表达的方式获得Hsp20重组大肠杆菌（BL21（DE3）/Hsp20）。以含有空质粒的大肠杆菌作为对照组（BL21（DE3）/Ctrl）,在不同胁迫条件下（热胁迫、酸碱胁迫、氧化胁迫、盐胁迫）,通过IPTG诱导Hsp20的过表达,对比了BL21（DE3）/Hsp20和BL21（DE3）/Ctrl的生存情况,结果表明Hsp20重组大肠杆菌在面对不同的胁迫条件下均表现出了比对照菌株更强的抗性。（2）通过液质联用技术成功建立了酒酒球菌SD-2a的UPLC-Q-TOF/MS代谢组分析方法,对分别经过1 h和3 h酸胁迫处理样品的代谢物以及未经酸胁迫样品的代谢物进行了整体评价。分析结果表明在酸胁迫条件下（p H 3.0）和非酸胁迫条件下（p H 4.8）,菌体代谢物有显著差异,然而,不同处理时间（1 h和3 h）对菌体之间代谢物差异影响不大,酸胁迫1 h和3 h分别筛选出86和84个显著变化的差异代谢物。然而,与代谢水平响应不同,转录水平的响应是时间特异性的,即受到不同的酸胁迫时间长短影响较为显著,62个基因仅在1 h胁迫时上调,94个基因仅在3 h胁迫时上调;98个基因仅在1 h胁迫时表达下调,45个基因仅在3 h胁迫时表达下调。（3）酒酒球菌SD-2a在酸胁迫条件下可能采用严谨反应（Stringent Response,SR）策略。鸟苷四磷酸和五磷酸盐（Guanosine Tetraphosphate and Pentaphosphate,（p）pp Gpp）的大量合成是严谨反应的首要标志,（p）pp Gpp的合成与GTP焦磷酸激酶（1＿792）相关,转录组数据分析结果发现,酒酒球菌SD-2a的1＿792基因在p H 3.0酸胁迫时表达量增加了2倍以上。同时,通过基因和代谢物的二分网络的子网络可以观察到,嘧啶和嘌呤核苷酸及其前体化合物与一些翻译和翻译后修饰过程相关的基因（如1＿1096,30S核糖体装配GTP酶相关基因）呈现显著的负调控关系,由于酸胁迫条件下核苷酸相关代谢物丰度降低且菌体生长是受到抑制的,因此,这一结果也可以作为酒酒球菌SD-2a启动严谨反应应对酸胁迫的证据。（4）以酒酒球菌SD-2a全基因组序列为基础,通过Carveme软件构建得到粗模型,并整合基因组注释信息,文献挖掘,数据库比对,构建了酒酒球菌SD-2a的最终的基因组规模代谢网络模型（Genome Scale Metabolic Model,GSMM）,命名为i QY500。i QY500包括500个开放阅读框,509个代谢物,以及652个反应。接着,对五株全测序的酒酒球菌（SD-2a、PSU-1、19、UBOCC-A-315001、CRBO＿1381）分别进行比较基因组学分析和比较GSMMs分析。结果表明这五株酒酒球菌核心基因个数为1492,大多附属和独特基因可以归因于这五个菌株为了适应其各自的生存环境所产生的。对这5株均分别建立GSMMs模型后,包含共有反应508个（不包括人工添加的反应）,只有16个反应没有落在核心区域,说明不同酒酒球菌具有较为保守的代谢基础。（5）采用碳氮源利用的定性验证和菌体相对生长率的定量验证,通过计算机模拟与试验观测值相比较是否一致来判断i QY500模型的准确性,结果表明i QY500具有良好的预测能力。最后,将转录组和代谢组数据整合到i QY500探索酒酒球菌在酸胁迫下代谢流的重新分布,从而揭示其代谢响应策略。结果表明酒酒球菌采用的显著代谢相应策略包括:丙酮酸的重新分配,糖酵解的减弱和对除葡萄糖以外的其他碳源的利用的增强,核苷酸补救途径反应的增强,精氨酸脱亚胺酶途径相关通路代谢流的增加等。同时,丙酮酸氧化酶参与反应代谢流通量的增强以及谷胱甘肽氧化还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶相关反应的通量增加,暗示了酸胁迫有可能会诱发细胞的氧化应激反应。