中文摘要：

苏云金芽胞杆菌（Bt）是目前世界上产量最大、应用最广的微生物杀虫剂，其杀虫晶体蛋白（ICPs）基因广泛用于转基因抗虫作物。ICPs是Bt杀虫的主要活性成分，其核苷类次生代谢产物-苏云金素（Thu）具有广谱杀虫及与ICPs协同显著增效作用。Bt是非常重要的蜡样芽胞杆菌群（Bc、Bt和Ba）的主要成员。本项目在长期对Bt生物学特性、功能基因、代谢调控、全基因组测序等大量研究的基础上，通过系统生物学手段对菌株YBT-1520、CT-43和BMB171的DNA、RNA、蛋白质及代谢产物等对象，从全细胞水平研究ICPs大量表达及伴胞晶体形成机制以及Thu合成代谢调控网络，并与Bc和Ba进行比较。首次建立Bt的代谢调控网络和蜡样芽胞杆菌群的代谢网络，为ICPs和Thu产量的提高打下理论基础、为利用这些代谢网络大量和稳定表达其他重要蛋白提供新途径、为建立Bt乃至蜡样芽胞杆菌群的系统生物学奠定基础。

结论摘要：

苏云金芽胞杆菌（Bt）是目前世界上产量最大、应用最广的微生物杀虫剂，其杀虫晶体蛋白（ICP）是Bt杀虫的主要活性成分。本课题以Bt高毒力菌株YBT-1520、高产苏云金素菌株CT-43以及无晶体突变株BMB171为研究对象，采用基因组学、转录组学、蛋白质组学等手段、分别从DNA、mRNA、蛋白质和代谢产物水平分析和鉴别ICP、苏云金素的代谢调控机理，主要结果有 1 YBT-1520蛋白质组学研究发现， PHB的分解产物乙酰辅酶A为大量ICP的合成提供能量，高温培养也表明不能产生PHB的细菌也不能形成ICP；芽胞形成期糖酵解途径向磷酸戊糖途径和丝氨酸合成途径转移，TCA循环受到了严重抑制，蛋白酶表达量上升和氨基酸合成途径受抑制，暗示着细胞内有大量的蛋白质降解为氨基酸，为ICP的合成提供前体；翻译相关因子EF-Tu、GroEL和GatB表现出上调而核糖体抑制因子YfiA表现出下调，说明细胞在翻译水平上正积极响应ICP的合成。 2 CT-43中的cry1Aa、cry2Aa、cry2Ab和cry1Ba基因从对数生长的中后期就开始转录，均具有很高的转录活性，到芽胞形成期它们的转录活性提高了几十至几百倍；与蛋白质翻译相关的基因，如核糖体、翻译起始/延伸/释放因子、氨酰-tRNA合成酶、GTPase等，在芽胞形成期仍保持较高的转录活性（此时大部分基因的转录活性显著下降），有些基因的转录活性甚至提高了几十倍；与氨基酸合成相关的基因，在芽胞形成期大多保持了一定的转录活性，部分升高，为ICP的大量合成提供了一定的原料，更重要的是，在芽胞形成期，大量的蛋白酶和肽酶基因转录活性提高或特异性高表达。因此我们推测胞内外蛋白质的降解是ICP合成所需氨基酸的主要来源；对数生长期大量合成并排到胞外的羟基丁酮、培养基中对数生长期并不利用的“劣质”能源物质（如几丁质、纤维多糖等）。 3 找到了高活性启动子，构建了在BMB171中高效表达外源蛋白的表达体系。 4 从双组分系统、sigma因子、c-di-GMP信号系统、质粒及插入序列等方面研究了他们对菌株生长、ICP产生及芽胞形成的影响。 5 阐述了苏云金素合成与代谢调控机理。 6 重构了Bt的代谢网络。总之，我们首次建立Bt的代谢调控网络，阐明了ICP高产的机理，为提高Bt的杀虫活性提供了新思路，为建立Bt的系统生物学奠定了基础。