噬菌体(Bacteriophage)是自然生态系统中多样性最大、丰度最高的一类生命体，它们可以通过与宿主微生物相互作用，调节环境中微生物的种群数量、参与地球生物化学循环。噬菌体对人类的生产生活也有着重大的影响，一方面，在微生物工业发酵中，噬菌体的污染会导致工业的重大减产，甚至导致倒灌和工厂倒闭;另一方面，噬菌体和噬菌体裂解酶可以裂解病原微生物，防治人类和动、植物病害。芽胞杆菌(Bacillus sp.)是自然界中广泛存在的一类微生物，其特征是在生命活动的末期可以产生对恶劣环境具有抗性的芽胞，芽胞杆菌和人类生产、生活关系密切，有些芽胞杆菌可以导致人类和动、植物病害，而有些芽胞杆菌可以用于工业发酵生产生物杀虫剂、生物杀菌剂和多种工业用酶。早在1898年，噬菌体被发现和命名之前，就有关于芽胞杆菌噬菌体的报道，但近年来关于芽胞杆菌噬菌体的研究则较少，这一现状阻碍人们对芽胞杆菌噬菌体的认知和应用。　　本研究从实验室保存的菌株和野外土壤样品中分离到了两株苏云金芽胞杆菌噬菌体（BtCS33和phiCM3）和两株短小芽胞杆菌噬菌体（Bp8p-C和Bp8p-T），研究了这四株噬菌体的形态特征和生理学特征，完成了四株噬菌体的基因组测序和生物信息学分析工作;分析了四株噬菌体的遗传进化，研究了两株苏云金芽胞杆菌噬菌体裂解系统的组成和裂解酶的功能，开展了短小芽胞杆菌噬菌体结构蛋白质组学和噬菌体不稳定溶源机制的研究。　　苏云金芽胞杆菌噬菌体BtCS33和phiCM3是两株长尾噬菌体科噬菌体，其病毒粒子均由正二十面体的头部和长的不可伸缩的尾部构成。这两株噬菌体都具有很窄的宿主范围，BtCS33仅能侵染其宿主菌CS-33，而phiCM3则可以侵染所测试的六株苏云金芽胞杆菌和其宿主菌YM-03，这两株噬菌体均不能侵染所测试的其他种芽胞杆菌。基因组分析显示，BtCS33和phiCM3的基因组均为线性，长度分别为41，992 bp和38，772bp，各自含有57个和56个预测的蛋白质编码基因。BtCS33是来源于苏云金芽胞杆菌的第一株完成全基因测序的长尾噬菌体科噬菌体。BtCS33和phiCM3的基因组均呈现模块化的结构，由三个模块构成，分别是编码噬菌体结构蛋白质的晚期基因区域、编码噬菌体基因组复制等蛋白质的早期基因区域和编码噬菌体溶源调控相关蛋白质的溶源调控基因区域。比较基因组学分析显示，BtCS33和phiCM3的基因组序列相似性为84.6％，这两株噬菌体和另外7株芽胞杆菌的噬菌体Wβ，Gamma、Fah，Cherry，phIS3501，BceA1和SpaA1的基因组序列相似性较高，基于基因组的相似性和其进化关系，这九株噬菌体被归为Wβ噬菌体群。对这九株噬菌体编码蛋白的差异进化分析发现，噬菌体的编码基因具有不同的进化速度，表现出差异进化，噬菌体结构相关基因的进化速度较慢，而和宿主特异性有关的基因进化速度较快。　　PlyBt33和PlyCM3分别是来源于噬菌体BtCS33和phiCM3的裂解酶。PlyBt33是一种N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸酰胺酶，其具有较广的裂解谱，可以裂解所测试的苏云金芽胞杆菌、炭疽芽胞杆菌、蜡样芽胞杆菌、枯草芽胞杆菌和短小芽胞杆菌，而不能裂解大肠杆菌、绿脓杆菌和假结核耶尔森氏菌。该酶对温度有较高的耐受性，最适反应温度为50℃，最适反应pH为pH9.0。PlyBt33的结构由一个N-末端的催化结构域和一个C-末端的细胞壁结合结构域组成，其中N-末端的催化结构域发挥裂解细胞壁的功能，缺失了细胞壁结合结构域的蛋白质PlyBt33-N的催化裂解活性相比PlyBt33有所下降，表明C-末端对PlyBt33的裂解功能有着重要的意义;裂解酶C-末端的细胞壁结合结构域参与受体的识别，PlyBt33的细胞壁结合结构域蛋白PlyBt33-IC可以结合到苏云金芽胞杆菌和枯草芽胞杆菌的细胞壁上，而不能结合到大肠杆菌的细胞壁上，这一结果和其裂解谱是一致的。PlyBt33的细胞壁结合结构域和其它噬菌体裂解酶的细胞壁结合结构域的序列相似性较低，可能为一种新的细胞壁结合结构域。噬菌体phiCM3的宿主裂解系统由三个蛋白组成，分别是两个穿孔素蛋白和一个裂解酶，这三个蛋白对于从细胞内部裂解细胞壁都是必须的，其中裂解酶PlyCM3有较窄的裂解谱，对所测试的炭疽芽胞杆菌和苏云金芽胞杆菌都具有裂解活性，在EDTA存在的情况下，还可以裂解大肠杆菌，但不能裂解所测试的枯草芽胞杆菌和短小芽胞杆菌。由于PlyBt33和PlyCM3对炭疽芽胞杆菌及蜡样芽胞杆菌具有裂解活性，这两种裂解酶在病原炭疽芽胞杆菌和蜡样芽胞杆菌的防治中具有潜在的应用价值。　　噬菌体Bp8p-C和Bp8p-T是分离自山东生姜根腐病病发地土壤样品的两株肌尾噬菌体科噬菌体，这两株噬菌体都有正二十面体的头部和长的可伸缩的尾部，其宿主范围较窄，仅只能侵染生姜根腐病病原菌短小芽胞杆菌GR8。Bp8p-C可以在GR8的平板上形成透明的直径2mm大小的噬菌斑，而Bp8p-T则在其2mm透明噬菌斑的周围有一圈不透明的晕圈，表明Bp8p-T可能为一种溶源噬菌体。对两株噬菌体的溶源形成能力分析结果表明，这两株噬菌体都可以形成溶源状态，而Bp8p-T的溶源形成能力和溶源的稳定性更高。Bp8p-C比Bp8p-T有着更高的裂解宿主细菌的能力和更好地防治短小芽胞杆菌GR8导致的生姜根茎切片腐烂的能力，表明Bp8p-C更适合用于防治GR8导致的生姜根腐病。对这两株噬菌体的基因组分析发现，Bp8p-C和Bp8p-T的基因组为环形，大小分别为151，417 bp和15，1419bp，均编码212个ORF。这两个噬菌体的基因组仅有三个碱基的差异，并仅导致Bp8p-C基因组编码的蛋白质Gp27的截短突变，该蛋白质是质粒分离系统中肌动蛋白的同源蛋白。两株噬菌体Gp27差异是导致两株噬菌体不同溶源形成能力的原因，这是首次发现质粒分离系统中肌动蛋白可以影响噬菌体的溶源形成能力，揭示了一种新的噬菌体不稳定溶源机制。比较基因组学分析表明，Bp8p-C和Bp8p-T仅与短小芽胞杆菌噬菌体phiAGATE的基因组序列相似性较高。对Bp8p-C的结构蛋白质组学分析发现了四种新的噬菌体衣壳结构蛋白，其中两种是功能未知的蛋白，一种是果胶酶相似蛋白，还有一种是聚-γ-谷氨酸水解酶。果胶酶相似蛋白和聚-y-谷氨酸水解酶均可能具有辅助噬菌体侵染的功能，果胶酶相似蛋白还可能是一种植物病原菌的毒力因子，可以增加病原细菌对植物的侵染能力。　　本研究工作的开展增加了我们对芽胞杆菌噬菌体及其多样性和进化的认知，为苏云金芽胞杆菌杀虫剂等工业生产上噬菌体的防治奠定了理论基础，也为噬菌体及其编码蛋白的利用提供了毒株和基因资源及理论依据，并揭示了一种新的噬菌体不稳定溶源机制。