运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）是一种重要的工业微生物,具有理想的细胞工厂特性,高效的遗传操作技术,如基于CRISPR-Cas（clustered regularly interspaced short palindromic repeats-CRISPR-associated）系统的基因编辑技术,可进一步促进对该菌的研究、改造和应用,该技术因其在微生物菌株工程改造中表现出的快速、准确、高通量等优点,受到广泛关注,并已在一些模式微生物如大肠杆菌（Escherichia coli）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中应用,但由于外源CRISPR-Cas系统对原核宿主的普遍细胞毒性,该技术在大多数原核微生物中的应用受到限制。CRISPR-Cas系统广泛存在于原核微生物,其中I型系统最为丰富,在解析这些內源系统功能的基础上,可将其开发为基因编辑工具用于对菌株进行工程改造。本研究以运动发酵单胞菌ZM4为研究材料,开发了一套基于其I-F型CRISPR-Cas系统的可用于运动发酵单胞菌及类似微生物的高效基因编辑工具。本论文主要包括两部分结果:1)分析了该I-F型CRISPR-Cas系统的组成结构,解析了其对外源DNA的剪切功能;2)利用该內源I-F型CRISPR-Cas系统对宿主基因组进行高效编辑。运动发酵单胞菌ZM4菌株基因组编码了一套完整的I-F型CRISPR-Cas系统,由4个CRISPR簇和6个cas基因组成,其中cas基因以操纵子形式排列,包含cas1,cas2/3,cas8,cas5,cas7和cas6。转录组分析结果显示,该CRISPR-Cas系统处于组成型表达状态。通过质粒干涉试验,确定了该系统对外源质粒DNA的剪切活性;同时通过构建原间隔序列相邻基序（protospacer adjacent motif,PAM）库,评估不同3碱基序列对质粒DNA干涉的影响,确定了该系统具有活性的4个PAM序列,即5’-ACC-3’,5’-TCC-3’,5’-CCC-3’,5’-GCC-3’。基于运动发酵单胞菌內源I-F型CRISPR-Cas系统的基因编辑工具包含一系列基因编辑质粒,每个质粒携带靶向基因组的人工CRISPR和一个促进同源重组的供体DNA。研究首先利用该工具实现了基因敲除基本操作,然后通过失活宿主编码的限制修饰系统及确定最优供体DNA长度提高了编辑质粒的转化效率,进而提高了基因编辑效率。最终利用该优化的工具,不同的编辑目标均高效实现,其中单基因敲除、插入、替换和原位加标签,以及基因定点突变的编辑效率均为100%;常规遗传学方法难以实现的基因组大片段删除和多位点同时删除的编辑效率分别为50%和18.75%。NCBI数据库中收录的所有运动发酵单胞菌基因组均编码一套I-F型CRISPR-Cas系统,因此本研究开发的基因操作工具可适用于所有Z.mobilis菌株,同时对开发其他微生物内源CRISPR-Cas系统进行基因组编辑具有重要的研究意义和广泛的应用前景。