Sigma54因子在死亡虫体中调控Bt芽胞形成的分子机制

Bacillus thuringiensis produces crystal inclusion during sporulation and well known for its insecticidal. Its life cycle includes vegetation division and sporulation. Sigma54 is a subunit of RNA polymerase. It recognized promoter of target gene and Sigma54-dependent transcription strictly requires activation by bacterial enhancer binding proteins (EBPs). Previously study in our group indicated that Bt Sigma54 factor can affect sporulation in dead larvae during infection. In this study, the specific expression genes, which are regulated by Sigma54 and EBPs during infection in dead larvae, will be found. To elucidate the molecular mechanism on Sigma54 regulating sporulation, the relationship of metabolic pathway regulated by Sigma54 and sporulation, and the mechanism on EBP regulating metabolic pathway and signals will be determined. All achievements in this study will provide fundamental theory in Bt growth and development and sense to its necrotrophic environment in insects. All findings will provide scientific basis in obtaining the new environmental adaption Bt insecticide.

苏云金芽胞杆菌(Bt)在形成芽胞的同时产生对多种农林害虫具有特异杀虫活性的伴胞晶体，其生活史主要分为营养体分裂和芽胞形成两个阶段。Sigma54是RNA聚合酶的亚基，它通过识别目标基因的启动子，在增强子结合蛋白(EBPs)激活下起始转录。本项目组前期用BtSigma54突变体侵染昆虫，发现在死亡虫体中芽胞数明显下降，说明Sigma54控制的某些代谢途径影响芽胞形成。本项目拟在此基础上，通过研究Bt在死亡虫体中特异表达的基因和相应信号分子、发现Sigma54和EBP在死亡虫体中调控的基因，解析Sigma54调控的代谢途径与芽胞形成的关系，解析EBP对代谢途径及相应信号分子的作用机制，从而阐明Sigma54调控芽胞形成的分子机制。研究成果将为Bt在死体营养环境的生长发育及信号应答机制提供理论支撑，对研究病原菌的环境适应性具有重要的意义；为获得对宿主环境适应能力增强的新一代Bt制剂提供科学依据。

苏云金芽胞杆菌(Bt)在形成芽胞的同时产生对多种农林害虫具有特异杀虫活性的伴胞晶体，其生活史主要分为营养体分裂和芽胞形成两个阶段。Sigma54是RNA聚合酶的亚基，它通过识别目标基因的启动子，在增强子结合蛋白(EBPs)激活下起始转录。本项目组前期用BtSigma54突变体侵染昆虫，发现在死亡虫体中芽胞数明显下降，说明Sigma54控制的某些代谢途径影响芽胞形成。本项目在此基础上，通过分析Sigma54的转录组数据，发现了Sigma54因子和EBPs调控的基因，包括：AcoR调控的aco基因簇、RocR调控的rocE基因（编码精氨酸透性酶）、BkdR调控的bkd基因簇和CelR调控的cel基因簇，这些基因/基因簇编码的蛋白分别参与3-羟基丁酮代谢途径、精氨酸代谢途径、支链氨基酸降解途径和纤维二糖代谢途径。通过对EBP功能的研究，明确了AcoR的GAF结构域抑制了AcoR的活性，从而影响aco基因簇的转录；明确了CelR蛋白的His-467和His-839是关键的磷酸化位点。通过芽胞形成率的分析，阐明了Sgima54对芽胞形成的影响是通过控制精氨酸、3-羟基丁酮、γ-氨基丁酸和肌氨酸等代谢途径而实现的。本项目的实施为Bt在死体营养环境的生长发育及信号应答机制提供理论支撑，对研究病原菌的环境适应性具有重要的意义；为获得对宿主环境适应能力增强的新一代Bt制剂提供了科学依据。