近年来,细菌耐药性的出现和传播给临床抗感染治疗带来了巨大挑战,超级耐药细菌对于人类健康的威胁日益得到重视,能治疗耐药细菌感染的噬菌体疗法重新引起了人们的广泛关注。然而,在噬菌体治疗中,细菌很容易对噬菌体产生抗性,极大地阻碍了噬菌体治疗耐药菌的发展。因此,探究细菌快速产生烈性噬菌体抗性的机制并克服细菌对噬菌体的耐受成为了噬菌体治疗细菌感染领域的首要问题。理论上,与抗生素不同,噬菌体是一种病毒,它可以通过进化恢复对已获得噬菌体抗性的细菌的感染力、杀伤力。基于噬菌体的特性和目前对细菌和噬菌体共进化机制的研究基础,为了探索和克服细菌快速产生噬菌体抗性的问题,本研究采用第二代测序（NGS）技术深入探究了细菌和噬菌体共进化系统中双方易感性改变的机制,开展了如下研究。论文的第一部分以金黄色葡萄球菌AB91118及其烈性噬菌体LQ7为研究对象,目的是解析细菌与噬菌体共进化的机制。首先分离到一株对原始噬菌体LQ7具有抗性的突变菌株R1-3-1,通过实验室进化LQ7获得能够抑制R1-3-1生长的噬菌体。对进化前后细菌基因组分析发现突变株R1-3-1基因组上仅发生了一个存在于非编码区的点突变,这难以解释突变株对噬菌体耐受的原因。因此,本研究创新地引入准种概念至细菌与噬菌体共进化研究中,自主开发了一种基于次频率等位基因（Minor allele）鉴定的方式确定遗传多态性位点的方法。利用此方法分析发现R1-3-1的基因组上存在57个特有的遗传多态性位点,这些特有遗传多态性位点存在于38个参与能量代谢的功能基因上,从而推测R1-3-1通过提高自身能量代谢水平获得了对噬菌体LQ7的抗性。进一步针对性选择了可以抑制细菌能量代谢的氯霉素与LQ7联用,发现亚最小抑菌浓度的氯霉素与LQ7噬菌体联合使用可以有效抑制R1-3-1的生长,证明了上述的推测。对于噬菌体,同样也证明了遗传多态性辅助其进化并恢复对突变株R1-3-1杀菌能力。除此之外,氯霉素与进化后噬菌体联用能在一定程度帮助克服细菌耐受性的产生。基于以上结果,本部分研究发现并证明了金黄色葡萄球菌和其烈性噬菌体存在次频率等位基因的遗传多态性,并且遗传多态性是影响二者共进化的重要原因之一。本论文第二部分以第一部分发现的内容为基础,为验证次频率等位基因的遗传多态性不是细菌与噬菌体共进化中的偶然现象,开展了公共数据挖掘。通过数据挖掘的手段,我们在NCBI的SRA数据库中获得了粪肠球菌TX1330和其烈性噬菌体Ef V12-phi 1共进化实验的高通量测序数据,采用第一部分开发的方法,发现共进化中的粪肠球菌及其烈性噬菌体的基因组上均存在次频率等位基因遗传多态性。进化后的粪肠球菌特异的遗传多态性位点存在于参与了酶催化活性改变的功能基因上。进化后的噬菌体在编码尾丝蛋白的基因上同样存在次频率等位基因遗传多态性位点。此外,对4株单菌基因组测序公共数据分析表明这些细菌基因组中均存在遗传多态性现象。以上结果首先证明了次频率等位基因遗传多态性普遍存在于细菌和噬菌体共进化过程中,其次拓展了我们对细菌等原核生物在群体基因组层面的认识。本论文的第三部分是基于前面两部分的分析,证明在非生物逆境的噬菌体适应性进化中也存在遗传多态性现象。开展了农业病害微生物果胶杆菌Pectobacterium carotovorum subsp carotovorum、Pectobacterium atrosepticum和青枯病菌Ralstonia solanacearum对应的烈性噬菌体Wc4、CX5和P-PSG-11的高温适应性进化,筛选出在高温逆境下具有稳定性的噬菌体突变株。通过对适应性进化前后的噬菌体基因组进行高通量测序分析发现在三种进化前后的噬菌体基因组上均存在次频率等位基因遗传多态性位点。这些遗传多态性位点大多数存在于编码尾管蛋白、DNA解旋酶和DNA聚合酶等维持噬菌体结构稳定性以及涉及基因组DNA复制等的功能基因上。以上结果证明除了突变以外,遗传多态性也为噬菌体对于非生物逆境的适应性进化提供了遗传基础。以上三个方面的研究结果证明了次频率等位基因遗传多态性在细菌和噬菌体中普遍存在并且驱动细菌和噬菌体的共进化。更重要的是本研究首次提出利用特异性遗传多态性位点所在的功能基因预测细菌进化时微生物生理功能发生的改变,并提出根据预测结果靶向挖掘有效的药物与噬菌体进化联用的治疗新方式,能够在一定程度上克服细菌耐受性的产生,提高噬菌体治疗的有效性。这些发现不仅为噬菌体治疗的合理应用提供了重要的理论基础并且对于噬菌体的临床应用具有实际的指导意义。