Bt基因是目前研究及应用最广泛的抗虫基因,其整合和表达使受体植物获得抗虫性的同时,还可能带来一些非预期效应,如影响植株的生长发育等。为了探索Bt基因影响受体植物生长的分子机制,获得生长不受影响且抗虫性高、抗虫谱广的转双Bt基因杨树,并解析Bt毒素对靶标昆虫的作用机制,本研究以转单Bt基因、二次转化获得的转双Bt基因741杨及未转基因对照盆栽苗作为研究对象,对各株系的生长生理等指标进行观测,分析不同类型转Bt基因741杨的生长差异;通过NGS测序技术鉴定外源基因的整合特性,借助转录组测序及非靶向代谢组学技术分析不同类型转Bt基因741杨叶片的转录组及代谢组差异,探索双Bt基因整合及表达影响741杨生长的分子机制;利用农杆菌介导法将携带双Bt基因Cry1Ac和Cry3A的植物表达载体一次性转化欧美杨107杨,通过分子检测及室内饲虫试验鉴定了外源基因的整合、表达情况及转基因株系的抗虫效果,并对转基因株系的生长情况进行了调查;通过转录组测序分析取食转基因107杨及对照的光肩星天牛幼虫转录组差异,探索Bt毒素抑制光肩星天牛幼虫发育的调控机制。主要研究结果如下:（1）二次转化获得的转双Bt基因741杨与对照741杨及转单Bt基因741杨相比,表现出明显的变异,转双Bt基因741杨的株高、地径、节间距、生物量、光合色素含量、叶绿素荧光参数明显低于对照,而光合参数Ci、Cond、Tr及IAA、IBA、ABA激素含量均高于对照,部分株系中CTK和GA含量也有所增加。（2）PCR检测结果证明外源Bt基因稳定整合在741杨基因组中;基于NGS测序技术检测到转Cry3A基因741杨CC84外源基因的插入位点有2个,转双Bt基因741杨pc3中Cry1Ac和Cry3A的插入位点分别有2个和5个,pc9中Cry1Ac和Cry3A的插入位点分别有2个和4个;对3个样本中5个插入位点进行PCR验证,其结果与NGS测序结果基本一致;分析了插入位点上下游10 kb范围内的邻近基因及其功能,其中pc3和pc9中3号染色体上T-DNA插在内源基因的5’非翻译区,其他插入位点均在基因间区。CC84的邻近基因中多梳家族蛋白EMF2编码基因表达量增加,而JGB基因表达量有所降低;pc3中actin7和未知功能邻近基因LOC7489800表达量增加,类赖氨酸组氨酸转运体8表达量有所降低;pc9中编码伴侣蛋白Dna J GFA2、过氧化氢酶-2和UDP-D-芹糖/UDP-D-木糖合成酶2的基因表达量有所增加,而编码泛素结构域蛋白DSK2b和含BTB/POZ结构域的蛋白质At3g44820的基因表达量有所降低。（3）转单、双Bt基因741杨及对照741杨叶片转录组对比分析发现,转双Bt基因741杨与对照及CC84的差异表达基因数目较多,且上调基因数目大于下调,而与pb29的差异基因较少;不同比较组间共有差异基因分析,筛选出了可能参与响应Cry1Ac和Cry3A基因表达、二次转化和基因互作等的差异基因。差异基因主要富集到戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、淀粉和蔗糖代谢、类黄酮生物合成、缝隙连接、苯丙氨酸代谢、苯丙烷生物合成和氨基糖和核苷酸糖代谢等通路。转双Bt基因741杨与对照及CC84相比,WRKY和b HLH等转录因子家族发生差异表达,且以WRKY下调表达和b HLH上调表达为主;与pb29相比,b HLH等转录因子家族发生差异表达,且以b HLH下调表达为主。在植物激素信号转导途径中,转双Bt基因741杨与对照及转单Bt基因741杨相比,下游调控基因或转录因子,如AUX1/LAX、AUX/IAA、SAUR、ARF、TIR1、ARR-B、Sn RK2、PIF、PP2C、EIN3、JAZ、NPR1、TGA等差异表达,通过促进或抑制激素信号的转导,影响下游基因的表达,从而影响植株生长。（4）基于WGCNA分析及基因模块与性状指标的关联分析,筛选出与株高、地径、节间距及生物量极显著正相关和负相关的基因模块blue和brown,并构建了2个模块中差异基因的共表达网络,筛选出了候选核心基因,主要包括编码CBL互作蛋白激酶11、蛋白质二硫键异构酶A1、类抗病蛋白DSC1、葡甘聚糖4-β-甘露糖基转移酶2、CYP86A4S、推测的细胞周期蛋白依赖性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、ABCG15等的基因。（5）转单、双Bt基因741杨及对照741杨叶片代谢组对比分析发现,转双Bt基因741杨与对照及pb29和CC84的代谢谱存在显著差异,通过不同比较组间共有差异代谢物分析,筛选出了可能参与响应Bt基因表达、二次转化及基因互作的差异代谢物;差异代谢物富集的代谢通路包括叶酸一碳库、不饱和脂肪酸的生物合成、脂肪酸代谢、鞘脂代谢、线粒体脂肪酸伸长、苯丙烷生物合成、甘油磷脂代谢、类黄酮生物合成、卟啉和叶绿素代谢、玉米素生物合成等。苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成通路是大部分比较组中共同富集到的代谢通路,富集的差异代谢物主要包括4-香豆酰莽草酸酯、N~1,N~5,N10-三-阿魏酰亚精胺、阿魏酰辅酶A、胡椒酚、紫丁香苷、N~1,N~5,N10-三-咖啡酰亚精胺、N~1,N~5,N10-三-香豆酰亚精胺、花青素、飞燕草素等;玉米素生物合成和卟啉与叶绿素代谢通路是转双Bt基因741杨与pb29及CC84相比的6个比较组中共同富集到的代谢通路,富集的差异代谢物主要包括N~6-（Δ2-异戊烯基）-腺苷5’-磷酸、异戊烯基-5’-三磷酸腺苷、单磷酸反式玉米素核苷、西罗血红素、镁原卟啉、镁原卟啉单甲酯、尿卟啉原IX、叶绿素酸酯b、粪卟啉I、二乙烯原叶绿素酸酯等。（6）对差异表达基因和差异表达代谢物共同参与的代谢通路进行了分析,转双Bt基因741杨与对照、pb29及CC84相比,在苯丙烷生物合成通路中,关键酶基因4CL、CYP98A3、HCT、CCo AOMT、bgl B等发生差异表达,从而影响下游阿魏酰辅酶A、N~1,N~5,N10-三-香豆酰亚精胺、N~1,N~5,N10-三-阿魏酰亚精胺、香豆素等的代谢水平;类黄酮生物合成通路中CHS、FLS、CYP98A3、CCo AOMT等基因差异表达进而影响了杨梅素、2’,4,4’,6’-四羟基查尔酮4’-O-β-D-葡萄糖苷、阿魏酰辅酶A、金鱼草素6-O-β-D-葡萄糖苷等的代谢水平;卟啉和叶绿素代谢通路中,CAO、Hem H、CHLI、POR等基因下调表达,从而影响血红素O和叶绿素酸酯b等的代谢水平。（7）通过农杆菌介导法成功将双Bt基因一次性转入欧美杨107杨基因组,获得16个转基因株系,外源基因在转录及翻译水平均得到表达,且Cry3A毒蛋白含量远高于Cry1Ac;转基因株系对测试昆虫的抗虫性存在一定差异,部分株系对美国白蛾和杨小舟蛾1龄幼虫、柳蓝叶甲1龄、2龄幼虫及成虫均具有高抗虫性（校正死亡率达100%）;6个转基因株系对光肩星天牛幼虫的生长发育具有一定的抑制作用,幼虫的平均重量及中肠纤维素酶活性均低于对照;大部分转双Bt基因107杨的1年生和2年生苗木的株高和地径与对照无显著差异,表明转双Bt基因107杨的生长基本未受影响。（8）对取食转双Bt基因107杨和对照的光肩星天牛幼虫进行转录组测序,鉴定出差异表达基因,并进行了层次聚类、GO和KEGG功能富集及转录因子分析,通过RT-qPCR证实了测序结果的可靠性;筛选出可能参与Bt毒素响应的候选基因,包括Bt原毒素激活、消化酶、结合受体、解毒酶及保护酶等相关的差异基因,揭示了Bt毒素可以调控光肩星天牛幼虫生长发育相关基因的表达来抑制其生长发育,为杨树抗光肩星天牛奠定理论基础,并为探索Bt毒素对天牛科昆虫的作用机制提供参考。