本文分别以嗜热脱氮土壤芽孢杆菌NG80-2和志贺氏菌、大肠杆菌为研究对象进行基因组学和分子进化的研究，共分为两部分。 第一部分针对嗜热采油微生物—嗜热脱氮土壤芽孢杆菌(Geobacillusthermodenitrificans)NG80-2，在进行基因组破译的基础上，初步分析和研究该菌与石油环境相关的进化特征。 第二部分针对肠道致病菌—志贺氏菌和大肠杆菌，选取具有典型的进化多样性的表面抗原—O抗原为入手点，进行局部区域的序列破译，分析和比较致病菌的分子遗传和进化，研究分子分型的快速检测方法。 Ⅰ 嗜热脱氮土壤芽孢杆菌NG80-2是在我国大港油田分离的一株耐高温(最高耐受温度为73℃)并能降解重质烷烃(最高为C36)的石油微生物。该菌能够利用原油作为唯一碳源和能源，在高温缺氧的深层油藏环境中良好地生长，并可有效地提高轻、重质烷烃的比例和改善原油流动性。深入研究和利用该菌的特性对于石油工业和环境保护都具有重要意义。 本文通过对NG80-2的基因组测序和分析以及分子生物学的研究，预测并鉴定了该菌的芳香烃降解途径，并初步探讨了其在复杂油藏环境中生存的分子机理和进化特征。研究发现： 通过全基因组鸟枪法测序，在完成总计55,727次有效测序反应(序列总量33.6Mb)后，最终获得序列平均覆盖9.3倍的NG80-2全基因组序列精细图谱，包括一个3,550,324bp的染色体和一个57,693bp的质粒。基因组的注释结果显示，染色体编码3,446个基因，质粒编码55个基因。这是世界上首次完成的针对嗜热石油微生物的全基因组序列破译，为在分子水平上进一步认识石油微生物奠定了基础。 采用生物信息学方法预测和分析，初步确认了NG80-2中存在编码邻氨基苯甲酸降解途径(11个基因)、对羟基苯基甘氨酸降解途径(16个基因)、苯乙酸降解途径(12个基因)和苯甲酸降解途径(12个基因)的基因簇。这四个基因簇编码的芳香烃降解途径都与己知细菌中的芳香烃降解途径有所不同，均属首次发现。 研究还发现，NG80-2具备不同于普通革兰氏阳性菌的硝酸盐呼吸系统，可为其在油藏环境中缺氧或无氧条件下的生存提供能源。并且乙醛酸循环途径的存在，说明其可利用乙酸作为唯一碳源或能源，这可能与油藏环境中存在多种产乙酸的微生物有关。 在基因组的注释的基础上，经过分析和筛选，预测了22个编码可能的工业用酶的新基因，可分别应用于分子生物学、糖工业、有机合成工业、食品工业等研究和生产领域。这些基因编码的酶具有热稳定性和耐碱性的特征，因此可在苛刻的工作环境下发挥效能，具有重要作用和价值。 Ⅱ O-抗原是革兰氏阴性细菌主要的表面抗原，是由重复寡糖单位组成的多聚糖，由于长期受到来自宿主的选择压力，而形成了自然界中最为突出的生物多样性。编码合成0抗原的基因簇成为在DNA水平上研究分子进化的最好的材料。通过对其多样性产生的遗传基础和进化的研究可以揭示致病菌的进化和形成机理。 志贺氏菌和某些大肠杆菌是人类和许多动物的重要肠道致病菌，并可在特殊情况下导致肠道以外的感染。志贺氏菌与大肠杆菌的进化地位十分接近，有许多共同的生化和分子遗传学特征。大肠杆菌有166种0-抗原，志贺氏菌有33种0-抗原，其中13种0-抗原为二者所共有。 本文通过对1株志贺氏菌和15株大肠杆菌的0-抗原基因簇的序列破译、进化分析和其中重要菌株的0抗原结构和基因功能的鉴定，以及分子标识筛选和分子分型检测方法的研究，结果发现： 大肠杆菌017、044、073、077和0106具有完全相同的0抗原主链结构，其0抗原的不同是由于1个葡萄糖在主链上不同位置的修饰而造成的。它们的0抗原基因簇在常见区域(galF和gnd)的基因排列和DNA序列几乎完全一致，而负责侧链合成的基因(wbbG)位于基因组其它位置的一个噬菌体上。这是世界上首次在大肠杆菌中发现由噬菌体介导的侧链修饰的0抗原多样性形成机制，与福氏志贺氏菌的0抗原分型情况相类似，也再次证明了0抗原的进化和形成可通过多种方式来完成。 大肠杆菌095是通过ABC转运子合成途径进行0抗原的合成，不同于常见的wzx/wzy合成方式。这种方式之前只在大肠杆菌08，09，09a和052发现过，说明0抗原不同的合成和转运机制也是其多样性的形成基础。 在大肠杆菌095和0108中分别发现10个和9个可能的单糖合成基因，初步判断分别可能参与至少2个未知NDP-单糖的合成。这些罕见单糖合成酶基因的发现有助于揭示自然界中新的特殊单糖的生物合成途径。 本文还鉴定了16株菌的特异基因，筛选、鉴定了包括引物和探针的大量特异分子标识。同时，建立了针对这些菌株的PCR分子分型检测方法，并通过猪肉、粪便等环境样品和临床菌株的检测和鉴定实验，确定该方法相比传统血清学检测方法具有快速、准确和灵敏的优点。另外，筛选出的63条探针为大肠杆菌和志贺氏菌的检测基因芯片的研制奠定了重要基础。