病毒是海洋生态系统中超显微、丰度最高、遗传多样性最为丰富的生命实体,能够通过对宿主的裂解性侵染和溶原性侵染来调控海洋微型生物群落的结构和组成,同时影响宿主细菌的能量代谢和遗传进化,是全球尺度海洋生物地球化学循环过程的纳米尺度驱动者。此前溶原性噬菌体被认为是细菌体内危险的定时炸弹,近年来的研究却表明噬菌体的溶原性侵染能赋予宿主多方面的生存优势。然而目前对海洋溶原性噬菌体的相关研究还很局限。为了更加清楚地了解海洋溶原性噬菌体的特征和功能,探究其是如何通过影响宿主细菌进而影响到海洋微型生物生态,本论文以典型海洋细菌Citromicrobiumbathyomarinum作为研究对象,分析了地理因素对于溶原性噬菌体-宿主相互关系的影响,同时针对海洋溶原性噬菌体的形态和基因多样性、整合和切除特性、侵染特性及其与宿主相互作用等方面展开了大量的研究。主要的研究结果如下:(1)本文对分离自不同海洋环境和地理起源的38株可培养C.bathyomarinum分离株进行了梳理和统计,结果显示C.bathyomarinum细菌在横向和垂向上均有较广泛的分布,表明该细菌能够适应于不同的海洋环境。其中,深海及沉积物分离株具有较高的(60-100%)溶原性细菌比例,暗示着前噬菌体可能促进宿主在不利环境中的生存。同时,细菌比较基因组学分析结果显示16S rRNA基因序列100%一致的种内个体仍具有丰富的遗传多样性,而驱动细菌类群内部遗传分化的主要动力正是由于前噬菌体的整合。(2)通过诱导实验和比较基因组学分析,我们发现C.bathyomarinum前噬菌体具有丰富的诱导形态和遗传多样性。38株C.bathyomarinum共诱导出30株前噬菌体,可划分入A至E类群,共14个基因型。形态上,A、B、E类群为长尾噬菌体,C和D类群为肌尾噬菌体。本论文首次揭示了 A、B、C三个类群的Mu-like噬菌体因基因交换和重组而产生的不同头-尾镶嵌基因型。同时,D类群前噬菌体可能是第一例P2-like噬菌体存在于α-变形杆菌的报道。通过基因组分析,在C.bathyomarinum前噬菌体中发现了编码辅助代谢因子的若干基因,其与细菌染色体复制以及P/S的代谢密切相关,暗示前噬菌体的存在能调控宿主在限制性营养环境下的代谢。(3)通过比较整合态和衣壳包装下的前噬菌体基因组,我们发现C.bathyomarinum前噬菌体具有不同的整合和切除策略。A、B、C三个Mu-like前噬菌体类群是由自身编码的转座酶来介导插入和切除,D和E类群则是由自身编码的整合酶介导位点特异性整合和切除。前者中,Mu-like可转座噬菌体的5 bp整合位点以及切除时包裹的前5 bp宿主碱基均显示出了 NYSRN的碱基偏好性。有意思的是,A类群前噬菌体表现出明显的位点偏好性整合,而B类群则为随机性整合。生物信息学分析结果显示Mu-like噬菌体在切除时两端会随机包裹宿主序列,表现为不精确的切除。后者中,同源的整合酶和attP序列是使得不同噬菌体具有相似整合和切除规律的主因,因此本文中的D和E类群前噬菌体表现出位点特异性(tRNA-Phe-GAA)的整合以及精确的切除。(4)通过比较C.bathyomarinum溶原性噬菌体的宿主范围,我们验证了“超感染免疫性”和“杀死亲缘者”效应的存在,表明宿主细菌的前噬菌体在微型生物类群中扮演生物武器这一角色的潜在可能性。同时,我们通过整合突变株的构建、筛选和测序,验证了 Mu-like噬菌体的整合特性。突变株和野生株的SNP位点比较结果显示前噬菌体不同的整合位点会产生不同的SNP模式。通过比较突变株和野生株在不同营养条件下的生长曲线,我们发现整合有前噬菌体的突变株在营养缺乏的平台期前后以及衰亡期较野生株生长得更好,推测前噬菌体能赋予宿主菌生存优势以在不利环境下存活。