苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,简称Bt）是一种能形成内生芽胞和伴胞晶体的革兰氏阳性菌。在芽胞形成过程中,大多数Bt的伴胞晶体随着母细胞裂解会被释放到环境中从而与芽胞分离;但也有少数Bt在母细胞裂解后,伴胞晶体位于芽胞外壁内侧而与芽胞不分离,这种现象称之为晶胞粘连（Spore-CrystalAssociation,简称SCA）,位于芽胞外壁内侧的晶体被称为粘连晶体。Bt产生的伴胞晶体作为目前市面上应用最为成功的微生物杀虫剂的主效成分,由于其对温度、酸碱、紫外线等条件敏感,在自然环境中容易被降解,导致现有微生物杀虫剂的杀虫效率和持效性受到影响。晶体定位于芽胞外壁内侧的SCA表型为我们提供了研究新型“生物囊”杀虫剂的思路。而将SCA表型应用于微生物农药研发的前提是彻底揭示SCA表型形成机制。本课题组在前期对苏云金芽胞杆菌YBT-020的研究过程中发现晶胞粘连控制因子sca AB可以使粘连晶体定位于芽胞外壁“帽子结构”内侧,但sca AB不能控制另一SCA菌株C15晶胞粘连表型的形成,这说明SCA菌株间存在不同的晶体定位机制。因此,本研究首先确定C15菌株晶胞粘连关键因子,并继续收集具有不同表型形态特征的SCA菌株,对其多样性进行分析来帮助研究其粘连表型形成的共性机制。此外,为开发更加特异高效的“生物囊”杀虫剂,本研究关注SCA菌株晶体类型及对应杀虫宿主谱,并以秀丽隐杆线虫为模型,揭示了一种Bt可以通过SCA表型对抗宿主趋避行为的策略。本研究的主要结果包括三个部分:1.证实C15菌株SCA表型的形成与其内生质粒p BMB240和p BMB13相关,并发现芽胞表面蛋白基因calY和cotY是C15菌株的晶胞粘连关键因子。本课题组前期对SCA菌株YBT-020的研究表明,SCA表型的形成受芽胞表面蛋白基因和内生质粒上携带基因的影响。通过CRISPR-Cas9技术敲除了C15菌株粘连晶体与芽胞表面蛋白互作网络中的17个芽胞表面蛋白基因,并对这些突变体进行表型观察,发现C15菌株粘连表型形成与芽胞表面蛋白基因calY和cotY相关;并且通过质粒消除确定了在其内生质粒p BMB240和p BMB13上还存在与C15菌株粘连表型形成相关因子。2.发现具有SCA表型的苏云金芽胞杆菌菌株具有丰富的多样性和相似的表型发育模式。从本实验室自主分离的万余株Bt中鉴定出58株SCA菌株,并对其开展了多样性研究。结果显示,SCA菌株在地理分布、表型形态特征和遗传上均具有丰富的多样性;接着,根据遗传距离将58株SCA菌株划分成为16个lineages;最后,综合多样性研究结果从每个lineage中选择代表菌株开展了SCA表型发育模式共性的研究。前期在SCA菌株C15和YBT-020的芽胞外壁蛋白基因exs Y的缺失突变工作中,发现SCA表型的形成与芽胞外壁“帽子结构”息息相关。因此,我们推测在其他代表菌株中也存在相似的现象并对代表菌株开展了exs Y基因缺失突变工作,成功得到了4株代表菌株LMMT004、WST033、CLLT046和T08003的exs Y基因缺失突变株,发现这些突变株也具有相同的表型发育模式,即SCA表型的形成不需要完整的芽胞外壁,仅依赖芽胞外壁“帽子结构”。3.苏云金芽胞杆菌可以通过SCA表型来对抗由毒素引起的宿主行为性趋避防御。多样性研究结果显示SCA菌株杀虫晶体类型具有多样性,并且大多数SCA菌株都携带对线虫具有高毒杀活性的Cry21类杀虫晶体蛋白。因此,本研究开展了SCA菌株对秀丽隐杆线虫的杀虫活性普查,结果显示大多数SCA菌株都对线虫有毒杀活性。通过检测线虫对SCA菌株和非SCA突变株的趋化和取食差异,以及SCA菌株和非SCA突变株在线虫体内定殖和繁殖速率差异,发现线虫在早期会趋向并且选择性取食SCA菌株。这些结果说明SCA表型可以通过隐藏其杀虫晶体的方式在早期欺骗宿主来减缓宿主的行为性回避防御（behavioralavoidance defense of host）;综上,本研究首先确定了calY和cotY是C15菌株的晶胞粘连关键因子,并收集具有不同形态特征的SCA菌株从菌株资源层面上进行了多样性研究,改变了本课题组从单一菌株揭示SCA表型形成机制的策略,而是利用统计学和分类学手段揭示了SCA菌株的共性特征。同时本研究综合分析SCA菌株杀虫晶体类型及其对应宿主谱发现,发现超过一半的SCA菌株都对线虫具有毒杀活性,根据此线索以秀丽隐杆线虫为模型揭示了一种Bt可以通过SCA表型对抗由毒素引起的宿主行为性回避防御的策略,更加突出了基于SCA表型开发高效杀虫的“生物囊”制剂的优势。