刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）能够产生一系列的大环内酯类化合物多杀菌素（spinosyns）。这些次级代谢产物具有较好的杀虫活性以及较广的杀虫谱,并且这类极具应用前景的新型生物农药杀虫剂的研究在国际上受到高度重视。但是野生型刺糖多孢菌中多杀菌素生物合成产量很低,发酵时间长,成本高,不能达到工业化大规模生产要求。目前已构建了刺糖多孢菌基因组完成图并对关键功能基因进行了注释,但从中难以选择合适的目标基因进行遗传修饰来提高多杀菌素的产量。为了寻求解决这一关键问题的方法,对刺糖多孢菌不同时期的total RNA样品进行了转录组学测序并进行了生物信息学分析,在充分了解其遗传背景以及基因功能注释的前提下,对多杀菌素生物合成相关基因以及关键调控代谢网络涉及的重要基因进行深度挖掘,并分析影响刺糖多孢菌多杀菌素生物合成以及潜在关键功能基因。通过对转录组学发现的差异表达基因进行qRT-PCR检测分析,选择了PEP phosphonomutase基因,并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术进行遗传修饰,并进一步分析了这一基因在影响刺糖多孢菌多杀菌素生物合成以及相关代谢通路中的关键作用。通过antiSMASH软件预测得到的36个聚酮类化合物生物合成基因簇中选取了5个竞争性聚酮类化合物生物合成基因簇（cluster 1、cluster 14、cluster 19、cluster28和cluster 35）进行阻断分析研究。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对这5个基因簇进行阻断,探究刺糖多孢菌基因组中大片段DNA阻断对多杀菌素产生以及菌株生长发育带来的影响。本论文研究主要得到了以下几方面的重要结果:1.刺糖多孢菌三个不同时期转录组学分析以刺糖多孢菌基因组为参考基因组,对三个不同时期（对数期T1,稳定期前期T2,稳定期末期T3）的刺糖多孢菌的total RNA进行转录组学测定分析,每个样品产出了约1.40 GB的数据,与参考基因组的平均比对率为84.47%。对所有的样品进行转录本的预测,共检测出了34个新的转录本。分别对三个时期的样品两两比较,鉴定出了2700多个差异表达基因。通过分析与多杀菌素生物合成相关的spn家族基因q RT-PCR的表达情况,验证了转录组数据的正确性。同时,筛选出了包括PEP phosphonomutase基因在内的差异表达基因。2.PEP phosphonomutase基因对刺糖多孢菌的菌体生长以及多杀菌素生物合成的影响在大量表达差异基因中,选择PEP phosphonomutase基因进行遗传修饰改造。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术以及基于p OJ260的质粒构建过表达载体的方法对该基因进行敲除和过表达的遗传修饰。在S.spinosa-ΔPEP中spinosyn A和spinosyn D的产量分别为178.91mg/L和42.72mg/L,为野生型刺糖多孢菌（spinosyn A和spinosyn D的产量分别为83.51mg/L和24.34mg/L）的2.14倍和1.76倍。此外,过表达菌株S.spinosa-PEP的spinosyn A和spinosyn D达到了61.67mg/L和19.38mg/L。同时对该基因所影响的代谢通路进行了分析,通过对丙酮酸含量的检测以及相关基因的q RT-PCR检测,发现PEP phosphonomutase的敲除影响了菌体内丙酮酸的含量,进而调控乙酰辅酶A等前体物质的生物合成,最终影响了多杀菌素的产量。3.刺糖多孢菌中5个竞争聚酮类生物合成基因簇的阻断对菌株生长以及多杀菌素产量的影响利用antiSMASH在线预测软件对刺糖多孢菌基因组进行聚酮类生物合成基因簇的预测。采用CRISPR/Cas9基因编辑技术对刺糖多孢菌5个竞争聚酮类生物合成基因簇cluster 1、cluster 14、cluster 19、cluster 28和cluster 35进行了阻断,成功构建了5株突变菌株。通过对这些突变菌株进行多杀菌素产量分析,只有突变菌株S.spinosa-Δclu28导致了多杀菌素生物合成产量的显著增加。该基因簇与浅黄霉素生物合成基因簇具有75%的相似性。同时,对突变菌株S.spinosa-Δclu28进行表型分析发现,突变菌株的生长发育、葡萄糖的消耗、菌丝体形态、孢子形成、杀虫活性以及多杀菌素生物合成速率都与野生型菌株有显著差别。4.刺糖多孢菌的合成发酵培养基中磷酸盐添加浓度的优化及筛选由于磷酸盐的添加对刺糖多孢菌多杀菌素生物合成具有重要影响,其参与了菌株体内丙酮酸代谢途径以及能量代谢过程。因此在S.spinosa-ΔPEP突变菌株中对合成发酵培养基中磷酸盐进行不同浓度的添加,并通过发酵实验确定了磷酸盐的最佳添加浓度为10mmol/L。该研究为提高多杀菌素产量以及优化发酵培养基无机盐成分提供了数据支持。综上所述,通过对不同时期刺糖多孢菌转录组学分析,挖掘了大量差异表达基因以及转录调控因子,为促进多杀菌素生物合成代谢调控网络的构建提供了重要参考,也为多杀菌素生物合成关键调控基因的挖掘奠定了基础。该研究不仅对刺糖多孢菌的生理代谢以及多杀菌素生物合成进行了深入研究,也为放线菌次级代谢产物生物合成调控规律及网络优化研究提供了参考依据。