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DNA双链断裂(DSBs)是DNA损伤中最致命的形式之一,然而大多数原核生物中缺乏及时有效修复DSBs的方式。许多诱变剂可能导致致命的DSBs,其诱导细胞死亡并最终阻碍随机诱变期间基因组上突变的积累。另一方面,T4 DNA连接酶由于能够在体外连接粘性和平端的DNA分子,已被广泛用于体外分子生物学中。然而,T4DNA连接酶的晶体结构尚未解析出来,其详细机制尚不明晰。本论文首次证明了 T4 DNA连接酶能够在原核细胞内,没有同源模板的条件下,修复DNA的双链断裂(包括外源DNA和基因组DNA)。这是一种类似于非同源末端链接的修复途径(NHEJ)。从噬菌体来源的单组份T4 DNA连接酶,到部分原核细胞内存在的Ku-LigD双组份,再到真核细胞内更加完善和复杂的多组分NHEJ修复系统。我们的发现,似乎可以为NHEJ的进化提供一些思路和线索。我们研究了 T4 DNA连接酶修复大肠杆菌基因组DSBs的特性。T4 DNA连接酶修复DSB效率是Mt Ku-LigD的5倍;相较于Mt Ku-LigD蛋白组,T4 DNA连接酶修复后会发生更长片段的删除。另外,T4 DNA连接酶对DSB两端的结合表现出随机性,但是对有微同源粘性末端表现出更高的修复效率。核酸酶抑制蛋白Gam能大幅度降低T4 DNA连接酶修复DSB后的缺失片段长度(缺失长度≤3.5kb约占72%)。这与单独表达T4 DNA连接酶(12%)有明显区别。并且也高于 MtKu-LigD(58%)。通过实验验证了,T4 DNA连接酶能够提高大肠杆菌,植物乳杆菌和恶臭假单胞菌等在ARTP电离辐射下的存活率,以及T4 DNA连接酶能够提高大肠杆菌对环丙沙星耐受能力。我们在PHB生产菌株E.coli XLPHB内表达T4 DNA连接酶后,通过ARTP处理获得的突变体在PHB产量方面变化显着。最高的PHB含量是对照菌株积累的112%,并且达到细胞干重的53.87±1.11%w/w。T4 DNA连接酶能够通过提高大肠杆菌在等离子体或抗生素等致死环境中的存活率,使大肠杆菌有机会积累突变,进而进化为能抵抗这种致死条件的突变体。我们将这种与生存相耦连的突变称为T4介导的生存偶联诱变(T4 mediated survival-coupled mutagenesis,T4SM)方法。当使用DSBs诱导性诱变剂去诱变微生物达到期望的目的时,可以使用T4 DNA连接酶在宿主中表达以修复由诱变剂引起的DSBs。用T4 DNA连接酶修复染色体DSBs的宿主可能存活时间更长,并在诱变剂处理过程中积累更多突变。这将导致在一个菌株中的能够有更多突变和在诱变过程中筛选的更大的存活池。