赖氨酸芽胞杆菌(Lysinibacillus sphaericus)，前称为球形芽胞杆菌(Bacillussphaericus)，是一种从土壤中分离得到的革兰氏阳性、好氧和能够形成芽胞的细菌。一些菌株因为能够产生杀蚊毒素蛋白(mosquitocidal toxins)，而被广泛应用于疾病媒介蚊虫的的生物防治。苏云金芽胞杆菌的杀蚊毒素蛋白在芽胞成熟后会释放到胞外，但是赖氨酸芽胞杆菌杀蚊成分二元毒素(Binary toxins，Bin toxins)被芽胞外壁(exosporium)包裹而有利于减缓晶体的降解。同时，赖氨酸芽胞杆菌的芽胞能够在蚊虫中肠内快速萌发、再循环，这种特殊的差异导致赖氨酸芽胞杆菌较苏云金芽胞杆菌具有更高的毒力持效期。　　人们对蜡样芽胞杆菌群各菌株（Bacillus cereus group strains）芽胞外壁做了大量的研究，而对赖氨酸芽胞杆菌外壁的蛋白组成了解甚少。对赖氨酸芽胞杆菌外壁组成和结构的研究，有利于我们理解外壁在维持二元毒素毒力和持效期中的作用，为构建新型高毒力和高持效期的工程菌株奠定理论基础。我们通过对赖氨酸芽胞杆菌C3-41的生物信息学分析，发现其基因组中存在四个与已知芽胞外壁蛋白同源的基因。Bsph_1232所编码的蛋白与蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)芽胞外壁蛋白ExsY有49％的相似性，Bsph_1820所编码的蛋白与炭疽芽胞杆菌（Bacillus anthracis）芽胞外壁蛋白BxpB有42％的相似性，ExsY和BxpB对芽胞外壁的形成和组装都起着很重要的作用。Bsph_0411所编码的胶原类蛋白与Bcl类蛋白（Bacillus collagen-like protein）都有一定同源性，此外，Bsph_2993所编码的假想蛋白属于exospore_TM superfamily成员，且与芽胞外壁基层蛋白BclB具有一定的序列相似性，可能为芽胞外壁特异性蛋白。我们对Bsph_1232、Bsph_1820、Bsph_2993和Bsph_0411基因分别进行了敲除，电镜观察发现Bsph_1232、Bsph_1820和Bsph_2993突变菌株的芽胞形态结构没有明显影响，但是Bsph_0411基因突变后，芽胞外壁间层丝状结构消失。　　本实验室之前通过外壁蛋白提取和质谱鉴定发现，1820蛋白（由Bsph_1820所编码）可能参与芽胞外壁的组成，但是其具体的定位还不清楚。我们通过Western blot检测发现，1820蛋白在营养期没有表达，在芽胞期检测到不断增加的表达量，并且在一个芽胞形成有缺陷的突变株检测不到1820的表达，表明1820蛋白与芽胞的形成相关联。1820-mCherry融合表达分析发现，营养体细菌检测不到荧光信号，仅在芽胞期检测得到，并且在成熟芽胞上有明显荧光环绕。但是△1820突变菌株的芽胞外壁结构和形态没有明显变化。这些结果表明，1820是一个芽胞外壁相关蛋白，其参与芽胞外壁组装的具体功能还有待进一步研究。　　我们将赖氨酸芽胞杆菌C3-41基因组中的Bsph_0411编码的新的胶原类芽胞外壁蛋白命名为BclS，并对其特性进行了进一步的研究。超薄切片电子显微镜观察表明，bclS基因突变后，附着在芽胞外壁基层(basal layer)并延伸到芽胞间层(interspace)的纤丝状结构消失。我们采用同源重组的方法将bcl基因回补到bclS突变菌株中，电镜观察发现丝状结构得到明显回复，表明BclS为间层丝状结构形成所必需。体内观察BclS-GFP/mCherry融合蛋白的表达定位，发现在芽胞形成过程中荧光从前芽胞远离母体的一端开始环绕前芽胞，超高分别率显微镜观察表明BclS-GFP融合蛋白不仅存在于芽胞外壁，而且还分布于芽胞衣和外壁之间的间层。这些结果表明BclS为一个芽胞外壁蛋白，为芽胞间层丝状结构组成所必需。我们也研究了BclS的对于芽胞抗逆性的功能，发现bclS突变菌株相比野生型菌株，对热更敏感而且芽胞萌发速率降低，并且这些表型在bclS回补菌株中都得到了显著的回复。　　本研究揭示了胶原类蛋白参与芽胞外壁组装及芽胞萌发的新功能，并且对从遗传学上理解二元毒素在自然环境中的高持效期奠定了基础。