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赖氨酸球形芽胞杆菌（Lysinibacillus sphaericus，L.sphaericus）是目前应用最广泛、最成功的杀蚊微生物之一，因其对库蚊（Culex）和按蚊(Anopheles)幼虫的毒杀作用，在登革热、基孔肯雅热、丝虫病、疟疾以及西尼罗热等多种威胁人类的蚊媒病毒的防控中发挥着至关重要的作用。通过形成芽胞，L.sphaericus在不利的环境中进入休眠状态，并在合适的环境中萌发芽胞而再次进入活跃的生命期。因此，环境的污染或者营养的缺失并不会严重影响L.sphaericus的生存，L.sphaericus在蚊子幼虫的滋生地具有长久的生存持效期。除此之外，L.sphaericus的芽胞外壁可将芽胞和二元毒素蛋白BinA、BinB所形成的杀蚊晶体包裹在一起，这一结构有助于L.sphaericus在复杂的野外环境下保持更长久和稳定的杀蚊毒性。之前的研究发现，L.sphaericus芽胞的形成不仅与杀蚊晶体蛋白的产生息息相关，芽胞自身也对蚊子幼虫具有一定的毒性。 双组分信号系统(Two-component system，TCS)是一种广泛存在于原核生物中的信号转导系统，它可帮助微生物感知外界的信号刺激并进行体内的调控而适应变化的环境。接收到环境中的信号后，组氨酸蛋白激酶(histidine kinase，HK)DegS会发生自磷酸化并将磷酸基团传递给细胞内的响应调控蛋白(response regulator，RR)DegU，从而引起DegU构象的改变。DegU作为分子开关，其转录调控功能依赖于磷酸化的程度。DegS-DegU是芽胞杆菌属非常关键的调控系统，但目前关于DegS-DegU的研究主要集中在枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis，B.subtilis)中。研究发现，磷酸化的DegU可调控B.subtilis的耐盐性、竞争性、运动性、菌落形态、生物膜形成以及胞外蛋白酶产生等过程。但目前鲜少有关于DegU对芽胞杆菌属菌株的芽胞调控或DegS-DegU在L.sphaericus中功能的相关报道。 本实验室在前期L.sphaericus随机突变库构建中，发现degU基因可能与L.sphaericus的芽胞形成相关。进一步的研究发现，发现DegU与另一个蛋白DegS共同组成了一对双组分信号转导系统，但该组分系统到底怎样调控芽胞的形成和杀蚊晶体蛋白的合成还未见研究。在本课题中，通过表型研究发现degU和degS-degU的缺失可通过调控相关基因而抑制L.sphaericus的运动性、生物膜形成、芽胞形成和毒素产生。转录组测序结果显示，DegS-DegU显著调控L.sphaericus基因组中的1859个基因，并且所调控的基因中大部分（总数的81.4％）与菌株的新陈代谢相关。此外，为了研究DegS-DegU在L.sphaericus中的调控机制，分别检测了野生菌株和突变菌株中与运动性、生物膜形成和芽胞形成相关基因的转录水平差异。发现DegU通过影响表型相关基因的转录而进行调控，并且DegU的磷酸化对于DegU调控功能的实现至关重要。在这些发现的基础上，初步绘制了DegU在L.sphaericus中的在调控网络图:磷酸化的DegU(DegU-pi)和磷酸化的Spo0A(Spo0A-pi)可调节芽胞形成阶段Ⅱ发育到成熟芽胞过程的相关调控基因的转录从而促进芽胞的成熟，并通过对SigE的调控而促进二元毒素蛋白的形成从而提高菌株的杀蚊毒力。同时，DegU-pi和Spo0A-pi皆可负调控基因abrB、sinR的转录水平而促进生物膜的形成。此外，DegU-pi还对sigD和的转录具有调节作用，从而调控运动性相关基因而提高菌株的运动能力，而Spo0A对菌株运动性的影响可能是通过对DegU表达的负调控而实现。 综上所述，发现DegS-DegU是一个全局性的调控系统，可调节L.sphaericus的运动性、生物膜形成、芽胞形成、毒力以及整个菌株的新陈代谢。本研究为进一步全面揭示L.sphaericus生理生化调控机制奠定了一定的基础，为工程菌株的改造提供了新的思路。