球形芽胞杆菌(Bacillus sphaericus，Bs)是能形成鞭毛和球形芽胞的革兰氏阳性细菌。部分Bs菌株在营养生长期和芽胞形成期则能够产生杀蚊毒素（Mosquitocidal toxin，Mtxs）二元毒素蛋白(Binary toxin，Bin)，并对不同蚊幼虫具有特异性的毒杀作用。其中Bin蛋白以晶体蛋白的形式存在，对库蚊（Culexpipiens）幼虫具有很高的毒力。近几十年，球形芽胞杆菌是被成功应用于蚊虫控制的微生物杀虫剂之一。除了作为生物杀蚊剂应用于蚊虫的控制外，Bs还具有不能利用糖类以及具有独特的氨基酸类有机物代谢途径等重要表型，深入研究改芽胞杆菌的物质和能量代谢调控具有重要的研究意义。　　多聚磷酸盐（Inorganic polyphosphate，polyp）是由几十到几百个磷酸根通过高能磷酸键聚合而成的具有生理功能的长链分子。大量的研究表明其对细胞的生长，对细胞适应环境压力和营养压力起到非常重要的作用。虽然多聚磷酸盐广泛存在于生物界中，但是目前在芽胞杆菌中的研究非常少，只在蜡状芽胞杆菌组(Bacillus.cereus)中有少量研究。其主要原因可能是枯草芽胞杆菌缺失多聚磷酸盐的代谢酶:多聚磷酸盐激酶(Polyphosphate kinase，PPK)和多聚磷酸盐水解酶(Exopolyphosphatase，PPX)。　　Bs C3-41是一株重要的应用于蚊虫控制的菌株，其全基因组测序以及基因的注释工作已经完成。通过进化树和Blast分析发现，Bs C3-41中存在与蜡状芽胞杆菌多聚磷酸盐代谢酶基因ppk和ppx的同源基因。为了鉴定它们的功能，本研究完成了PPK和PPX蛋白的表达纯化，并开展了其酶学特性分析及其表达活性分析;在此基础上，通过同源重组技术获得ppk和ppx基因的缺失突变株。结果表明ppk突变菌在整个生长过程中细胞内多聚磷酸盐水平一直很低，ppx突变菌在整个生长过程中能聚集大量的多聚磷酸盐，而野生菌在对数期和稳定期初期有两个显著的多聚磷酸盐聚集峰。　　在遭遇各种环境压力时，细菌细胞内会聚集大量的多聚磷酸盐。尽管ppx突变能导致细菌聚集大量的多聚磷酸盐，但突变菌株对各种环境压力（高温、高渗和高pH值）的适应能力以及细菌的运动性和生物膜形成能力没有增加反而是降低，二元毒素的表达量减少和杀蚊毒力降低。虽然ppx突变导致多聚磷酸盐的聚集，但是这种没有限制的聚集并不能增加球形芽胞杆菌对各种压力的适应能力和毒素的表达水平，表明多聚磷酸盐的过度聚集不利于细菌的生理功能。　　在氨基酸缺失情况下，球形芽胞杆菌野生型细菌内能聚集大量的多聚磷酸盐，但未发现ppk突变菌中多聚磷酸盐的聚集，而且突变菌的生长相对于野生型受到了明显的抑制。这些结果表明氨基酸缺失条件下，多聚磷酸盐的聚集有利于细菌的生长。为了阐明多聚磷酸盐的聚集与氨基酸生物合成之间的表达，我们对多聚磷酸盐的积累对支链氨基酸生物合成酶基因ilvBHC表达调控的影响进行了分析。通过β-半乳糖苷酶活性分析发现，当野生菌遭遇到氨基酸缺失时，β-半乳糖苷酶活性逐渐升高，而ppk突变菌中没有观察到β-半乳糖苷酶活性的升高。逆转录荧光定量聚合酶链式反应(Reverse transcriptase quantitative polymerase chainreaction，RT-qPCR)结果显示，野生菌在氨基酸缺失培养环境下，ilvBHC mRNA水平是氨基酸丰富时的100多倍;而ppk突变菌只有1-3倍。这些结果表明氨基酸的缺乏促进支链氨基酸生物合成酶基因的表达，这有赖于多聚磷酸盐代谢酶PPK。通过蛋白组学方法比较了野生菌株和ppk突变菌株在氨基酸缺失培养条件下的蛋白水平变化。结果发现72个蛋白显著上调、35个蛋白显著下调。通过网络分析和代谢途径分析，结合Western Blot验证，证明RNA降解体组分PNP和RNase J蛋白在ppk突变菌中显著升高，ilvBHC在ppk突变菌中的表达减少。ilvBHC mRNA的稳定性实验表明，pk突变菌在氨基酸缺失培养条件下培养5小时后，细胞内ilvBHC mRNA的稳定性比野生型菌株低。这些结果表明在氨基酸缺失条件下，ppk突变菌中RNA降解体组分的PNP和RNase J浓度的增加导致ilvBHC mRNA稳定性降低，最终影响ilvBHC mRNA表达。　　本文证实了球形芽胞杆菌的多聚磷酸盐代谢酶活性，证明多聚磷酸盐的过分聚集(ppx突变)导致了细菌对各种环境压力的适应能力的缺失和毒力蛋白的表达的降低，多聚磷酸盐的缺失(ppk突变)导致细菌在遭遇氨基酸缺乏时支链氨基酸表达能力的降低，适量的多聚磷酸盐积累才有利于细菌的生长和发育。研究结果为进一步研究该菌株的代谢调控及杀蚊细菌的遗传改良提供了理论依据。