苏云金芽胞杆菌中具有杀虫增效活性的细菌素的鉴定及作用方式的研究

Bacteriocins are antimicrobial peptides produced by certain bacteria. Bacillus thuringiensis is an important pathogenic bacterium of insect and nematodes, its products are the most important biopesticides. Bt can produce insecticidal toxins, and also secrete pathogenic factors that can help Bt to infect and colonize in the host. Previous studies have shown that bacteriocin is widely exists in Bt, but these studies only focused on the antimicrobial activity and physicochemical property of novel bacteriocins. We have found in previous study that the lantibiotics thuricin 4A-4 could be used as toxin and increase the insecticidal activity of Bt. However, there is still a lack of systematic research on the types and modes of action of bacteriocins which have synergistically insecticidal activity. In this research, we will analyze the genomes of 1000 strains of Bt and identify the bacteriocins which have synergistically insecticidal activity by means of bioinformatics, molecular biology and biochemistry methods, and also analyze the mechanism of synergistically insecticidal activity from the aspects of toxins, signal molecules, synergistic factors of insecticidal crystal protein and ecological effect factors. This study will enrich our understanding of the biological process of Bt infected host, and provide important theoretical basis for creating high efficient and quick-acting Bt biopesticides.

细菌素是细菌产生的一类具有抗菌活性的多肽类物质。苏云金芽胞杆菌（Bt）是昆虫和线虫的病原菌，其制剂是目前应用最广泛的微生物杀虫剂。Bt除了产生可直接毒杀靶标的毒素，还能分泌帮助其侵染并定殖于宿主的病原因子。前期研究显示细菌素广泛存在于Bt中，但这些研究仅从资源的角度关注具有良好特性的细菌素本身。申请人发现Bt中普遍存在的一类羊毛硫细菌素具有杀虫增效活性。此结果意味着细菌素可能在Bt与宿主互作过程中发挥重要作用，然而目前缺乏系统性地针对参与互作、增强杀虫活性的细菌素种类及作用方式的研究。本课题拟以已完成基因组测序的1000株Bt菌株为材料，采用生物信息学、分子生物学与生物化学相结合的手段全面地鉴定具有杀虫增效活性的细菌素，并从毒素、信号分子、增效因子及生态效应因子角度解析其杀虫增效的作用方式。本研究将不仅能够丰富我们对Bt与宿主互作的认识，也为开发高效和速效Bt制剂提供理论依据。

苏云金芽胞杆菌（Bt）是昆虫和线虫的病原菌，其制剂是目前应用最广泛的微生物杀虫剂。Bt侵染、毒杀宿主是一个复杂的生物学过程，除主效毒素Cry蛋白外还需要多种活性物质的参与。已有研究表明细菌素广泛存在于Bt中，但这些研究仅从资源的角度关注具有良好特性的细菌素在新药开发、食品添加剂等反面的应用，而关于细菌素在Bt侵染、毒杀宿主的生物学过程中的作用鲜有报道。项目主持人在前期研究中发现Bt中普遍存在的一类羊毛硫细菌素具有杀虫增效活性，此结果意味着细菌素可能在Bt侵染、毒杀宿主过程中发挥重要作用，而本项目也系统性地开展了Bt中参与菌虫互作、增强其杀虫活性的细菌素种类的鉴定及作用方式的研究。本项目首先基于大规模基因组分析揭示了Bt中细菌素的种类以及不同种类的细菌素在Bt中的分布及多样性规律；完成了Bt中12种不同类型的细菌素纯化、鉴定、抑菌活性测定及合成基因簇分析工作；确定了3种具有杀虫增效活性的细菌素（Thuricin 4A-4、Thuα及Bacillusin XIN），并从毒素角度解析它们的杀虫增效的作用方式。本项目从基础理论上丰富了我们对Bt侵染、杀死宿主这一生物学过程中细菌素功能的的认识，同时多种具有杀虫增效细菌素的鉴定也为开发高效和速效Bt制剂提供理论依据，具有重要的理论与应用价值。