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爱德华氏菌属(Edwardsiella)属于肠杆菌科,包括迟钝爱德华氏菌(E. tarda,也叫迟缓爱德华氏菌),鲶鱼爱德华氏菌(E. ictaluri)及保科爱德华氏菌(E. hoshinae)三个种,由Ewing等于1965年首次命名。E. tarda是水产养殖业中重要的鱼类病原菌,能够感染鱼类、两栖类、爬行类及哺乳动物等宿主,造成鱼类产生腹水、皮肤溃烂和系统性败血症等典型爱德华氏菌病症,造成20多种淡水及海水经济鱼类大量死亡。E. ictaluri是宿主单一的鱼病原菌,能导致鲶鱼肠道出血性败血症等严重感染。E. hoshinae常分离于动物中,但是其致病性及宿主偏好性没有被详细研究。本课题组已经分离得到大量不同来源的Edwardsiella种属菌株,为Edwardsiella流行病学研究、基因组学及比较基因组学研究提供了良好的样本基础。本课题首先使用脉冲场凝胶电泳(PFGE)和多位点序列分析(MLST)等主流基因型分型手段,对分离自不同宿主的E. tarda菌株进行聚类分析,初步分析了我国不同Edwardsiella菌株的基因型和地域分布情况。在此基础上,采用二代测序技术,对不同来源的Edwardsiella典型菌株进行了全基因组测序、表达差异分析及比较基因组学研究,初步阐明了造成E. tarda高致病性、多耐药性及广宿主适应性的遗传学基础,并提出了Edwardsiella菌属毒力进化和宿主/环境适应性进化的假说。本课题首先对33株不同来源的E. tarda菌株使用PFGE和MLST两种高分辨率分型方法进行基因组水平分型。PFGE分析发现,不同宿主(鳗鲡、鲆鲽类及人类)来源的Etarda菌株的Spel酶切图谱具有明显差异。我国北方鲆鲽类和南方鳗鲡来源的E. tarda菌株可以分成两个明显的亚群。使用MLST方法可以得到相似结果。方差分析发现,分离自我国南方鳗鲡的E. tarda菌株与分离自我国北方鲆鲽类的菌株DNA水平多态性具有统计学显著性差异。本实验证明分离自我国的E. tarda菌株可分为两种显著不同的类型,也为以后E. tarda流行病学研究提供了两种可靠的分型方法。E. tarda遗传背景并不十分清晰,现阶段对E. tarda的研究主要集中在某些特定的毒力相关基因上。本研究使用焦磷酸测序方法对我国山东大菱鲆来源的E. tarda强毒株EIB202进行全基因组高通量测序,并通过后续及长片段文库测序及常规PCR产物测序,获得了EIB202全基因组图谱。E. tarda EIB202的基因组含一个3,760,463bp的染色体序列,编码3,486个蛋白。链特异性转录谱分析发现,EIB202基因组包含近600个操纵子结构,每个操纵子包含2-21个基因,覆盖了55%基因组区域。EIB202含有一个43,703bp的多耐药性大质粒pEIB202,编码53个蛋白,其中包括6个抗生素耐药相关蛋白和一套几乎完整的Ⅳ型分泌系统(T4SS)相关蛋白。E. tarda EIB202基因组含有24个基因岛,编码了包括Ⅲ型分泌系统和Ⅵ型分泌系统(T3SS和T6SS)基冈簇及其他溶血、黏附相关基冈,对E. tarda EIB202侵染宿主并造成疾病发生具有重要作用。E. tarda EIB202基冈组中具有大量铁摄取相关基因,进步转录谱研究发现,26个铁摄取相关基因在DMEM培养条件下表达量明显上调,表明铁摄取相关基因对E1B202适应多种环境及在宿主体内定殖过程中具有重要作用他常见病原菌同源蛋白比较分析发现,E. tarda EIB202基因组编码的核酸代谢、辅酶代谢、核糖体合成及信号转导相关基因在所有COG功能分类中明显富集,揭示了E. tarda EIB202生存于海水环境和鱼体环境并快速繁殖的遗传学基础。为揭示不同来源Edwardsiella菌株生理生化表型差异显著的遗传学基础,本实验使用不同宿主来源的Edwardsiella典型菌株(鲆鲽类来源、鳗鲡来源、人源E. tarda菌株及E. icatluri菌株)作为研究模型,使用高通量测序方法对4株Edwardsiella菌株进行重测序。通过比较基因组学分析,阐述了不同环境中生存的Edwardsiella菌株基因组水平的差异及其对生理生化表型的影响,揭示了Edwardsiella菌种分化及适应性进化的过程。通过基因组DNA序列同源性统计分析和分子进化分析发现,8株已公布基因组序列的Edwardsiella菌株可分为3个不同种群,包括EdwGI E tarda、EdwGII E tarda及E. ictaluri。 EdwGII菌群缺少T3SS和T6SS分泌系统等许多与毒力相关基因,阐明了EdwGII菌群毒性较低的遗传基础。比较了EdwGI和EdwGII两类菌株中细胞膜结构蛋白,信号传导/信号调控相关蛋白及毒力相关蛋白的种类和数量,发现这些蛋白在这两类菌株中分化程度显著,进一步从基因组角度阐明这两类菌株在致病性及宿主适应性方面的差异。通过分子进化分析及后续实验验证发现,铁摄收相关基因在EdwGI菌株中受到强烈的环境选择压力，在E. tarda的致病性及宿主适应性方面具有重要作用。比较E. tarda与E.ictaluri基因组发现E. ictaluri缺少海洋细菌必需的铁载体合成和转运基因,可能与该菌主要侵染淡水来源的鲶鱼具有重要联系。对不同菌株全基因组序列进行比较基因组学分析,可以追溯病原菌菌株的化历程。本课题提出了Edwardsiella菌株分化的假说。Edwardsiella原始菌株首先分化成为EdwGII E. tarda、EdwGI E. tarda和E. ictaluri共同的祖先菌株。通过长时间人体肠道环境适应性进化后,EdwGII E. tarda菌株成为现代Edwardsiella菌株中致病性能力较弱甚至无致病性的环境微生物。EdwGI E. tarda菌株和E. ictaluri共同的祖先菌株由于其宿主环境不同,逐渐分化为现在已知的EdwGI E. tarda和E. ictaluri两个种群。