作为地球上生物的主要类群之一,也是所有生物当中数量最多的一类,细菌广泛地生活在各种各样的环境当中,种类繁多,与人类的关系既十分密切,又复杂多样。随着人类生活范围的拓展和生产生活方式的变化,细菌引起的传染病在全球范围内出现并反复流行,严重威胁着人类健康和公共卫生安全,对细菌、尤其是疫情暴发株的快速鉴定和综合分析非常必要。细菌基因组包含了菌株全部的遗传信息,确定基因组序列因而成为了理解它们的生物学特性与功能特征的基础和前提,基于全基因组的方法能够对细菌的鉴定和综合分析提供最高的分辨率,而随着高通量测序技术的不断进步和测序成本的持续下降,公共数据库中细菌全基因组数据越来越多,为研究人员提供了良好的数据基础。本文主要内容就是基于公共数据库当中的细菌全基因组数据开展了一系列细菌鉴定分类与进化变异研究。首先,本研究提出了“种特有序列特征片段”的概念,建立了细菌种特有序列特征片段数据库,随后分别从基因组序列特征片段比较和短序列比对的角度出发,探索建立了一个非组装的细菌基因组进化变异分析平台,集成了本研究创新性地实现的基于菌种特有序列片段数据库的细菌鉴定方法、基于序列特征片段回溯分析的细菌水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)检测与注释方法和基于短序列比对的重要表型基因预测方法,从而可以直接对高通量测序平台的下机数据进行分析,快速得到待测菌株种属信息、基因组经历的HGT情况以及包含的耐药基因、毒力因子和保护性抗原等基因的分布情况,多个真实与模拟测序数据集上的测试证实了本方法的准确性和可靠性。其次,本研究基于所有可用的全基因组数据系统地分析了洋葱伯克霍尔德菌复合群(Burkholderia cepacia complex,BCC)的分类情况,通过对比不同的系统发生树,发现常用的16S r RNA、rec A、his A和多个保守基因位点串联分析(multilocus sequence analysis,MLSA)在BCC这种密切相关的细菌群体分类学研究中分辨率有限;物种树和d DDH/ANI聚类能够将BCC菌株清晰地划分成了36个类群,经过对以往错误鉴定的菌株进行适当的重新分类,这些类群对应于22个已知的BCC内菌种和14个推定的新种。此外,本研究的结果提示基于单拷贝核心基因的系统发育树加上基于泛基因组的d DDH/ANI聚类方法可以为细菌、尤其是密切相关的细菌物种划分提供一个更好的框架。第三,本研究全面分析了BCC菌群泛基因组特征与核心基因的进化动力学,结果发现BCC的泛基因组庞大而分歧,具有一定的开放性。1005个基因构成的单拷贝核心基因组中有5.77%携带显着的同源重组信号,且种间同源重组要比种内同源重组发生地更为普遍,提示同源重组可能是维持BCC群内广泛的遗传凝聚力和增强群内菌种间高度相似性的关键动力。正选择分析发现BCC核心基因组中正选择基因数量相对较少,11个有显着的正选择信号的基因主要参与细菌的蛋白质合成和物质运输与代谢功能,其中有10个同时也与同源重组事件相关,进一步证实同源重组可能是维持BCC遗传凝聚力的一种机制;同时,这些基因在正选择压力下的适应性变化可能与变化的环境条件及宿主免疫系统之间的动态相互作用有关,这些正选择基因将来或许可以作为靶标来进一步研究BCC的适应性进化与病原宿主相互作用的机制。微生物全基因组测序的最新发展为增强诊断学和公共卫生微生物学带来了广阔的前景,全基因组测序的方法未来将会在实验室诊断、院内感染调查和传染病防控领域发挥更大更重要的作用。本研究建立的非组装的细菌基因组进化变异分析平台能够快速、全面地对待测菌株进行分析预测,报告其生物学特性,为临床治疗方案选择和传染病防控提供可靠的信息支持。基于全基因组的BCC分析重构了其分类学,阐明了BCC泛基因组特征和核心基因组经历的进化事件,有助于理解当前BCC细菌分类混乱和鉴定困难的原因。