自2015年慢生单胞菌目建立以来,已有沉积物慢生单胞菌(Bradymonas sediminis FA350T)、海滨卢金星菌(Lujinxingia litoralis B210T)以及沉积物卢金星菌(Lujinxingia sediminis SEH01T)被先后发表。通过定性的表型实验,发现慢生单胞菌可以捕食多种细菌。细菌的捕食作用指捕食细菌(捕食者)积极捕猎并杀死它们的猎物细菌(被捕食者),把猎物菌的生物大分子作为营养物质进行生长繁殖的生物学过程。捕食作用在生态系统中起到了调节细菌群落结构以及驱动细菌进化的生态学功能,对于捕食性细菌的研究也因此具有十分重要的意义。已有相关研究对经典捕食细菌的生理生化特征、捕食周期与捕食特点以及代谢特点做过比较深入的报道。根据捕食细菌对猎物的依赖性,可以将捕食细菌分为专性捕食类群和兼性捕食类群,前者对猎物具有高度依赖而后者可以不依赖猎物生长。通过对经典捕食细菌研究的论述,可以清楚地从细胞群体层面、单细胞层面以及细胞内结构层面了解捕食细菌机制。根据捕食过程中捕食菌与猎物菌的相互作用关系,可以将捕食现象分为远程捕食、粘附捕食和侵入捕食三种类型。蛭弧菌属和蛭弧菌类似微生物以及粘球菌属都是具有代表性的经典捕食类群,分别代表着专性捕食类群和兼性捕食类群。通过组学方向的深入研究,从基因组以及分子水平对经典捕食细菌的捕食机制有了更深层次的了解。然而,目前组学分析手段在捕食细菌的研究中还处于发展阶段,应用还不够广泛,研究方向也比较局限。慢生单胞菌作为新发现的捕食类群,与兼性和专性捕食类群一样具有巨大的研究意义和潜在的应用价值;并且,慢生单胞菌在捕食方面的研究还基本处于空白。因此本文通过表型实验与组学分析相结合,并通过与其他捕食细菌的比较基因组分析,尝试探究慢生单胞菌的捕食特性。本文研究了慢生单胞菌的分离方法,首次在慢生单胞菌分离中使用猎物诱筛的分离方法,并配合直接分离法,分离得到6株慢生单胞菌。通过多相分类,确认其中4株细菌可以代表4个新种—海洋捕食单胞菌(Venatimonas marina V1718T)、淤泥粉红单胞菌(Persicimonas caeni YN101T)、隐藏卢金星菌(LujinxingiacelatusTMQ2T)和普通卢金星菌(Lujinxingiavulgaris TMQ4T),2个新属—捕食单胞菌属(Venatimonas)和粉红单胞菌属(Persicimonas),以及1个新科—捕食单胞菌科(Venatimonadaeeae)。通过捕食试验验证,发现这4个新的慢生单胞菌都具有捕食其他细菌的能力。其中,P.caeni YN1 01T的细胞可以进行鞭毛运动和滑动,这与其他的慢生单胞菌不能进行鞭毛运动而只能进行滑动的情况不同,这也说明P.caeni YN101T的细胞在更广的范围内移动,并比其他的慢生单胞菌更具有趋向猎物运动的能力。通过对来自于8个环境样品的16S rDNA序列高通量测序结果的分析,发现慢生单胞菌类群对含盐环境更偏好。为了进一步探讨B.sediminis FA350T的捕食机制,引入了比较基因组学分析的手段。选取所有可培养慢生单胞菌基因组序列,以及4个宏基因组拼接的环境样品中的慢生单胞菌基因组进行比较基因组学分析。发现慢生单胞菌类群基因组在多个方面符合捕食细菌的基因组特点,比如,缺乏多种重要化合物的代谢途径,却编码多种转运蛋白和转运系统、拉索肽合成簇、细胞运动结构蛋白等等。慢生单胞菌都可以编码ⅣV型菌毛;编码的鞭毛组装蛋白都具有Ⅲ型分泌系统的功能。此外,还发现所有慢生单胞菌都是多营养缺陷型细菌。它们的磷酸戊糖途径都不完整,并且嘌呤及嘧啶不能从头合成,多种氨基酸、生长因子合成途径缺失,脂肪酸合成途径也不完整。将其与已报道的其他24株捕食型细菌基因组进行比较,发现慢生单胞菌的代谢途径缺陷与专性捕食细菌相似,但又不同于专性捕食细菌,即慢生单胞菌能够相对容易的被纯培养。另外,不同于其他兼性捕食者,慢生单胞菌还能够合成聚羟基脂肪酸酯及碳氢化合物来作为碳源储藏物。慢生单胞菌基因组还编码多个Na+/H+逆向转运子,这个特点对其在含盐环境中的生存是极为有利的。从生理特征及基因组差异代谢途径聚类结果来看,慢生单胞菌有别于专性捕食细菌和兼性捕食细菌,是一个新型的捕食类群。因此,可以将捕食细菌按照对于猎物的依赖性重新划分为猎物高度依赖型、猎物兼性依赖型以及猎物非依赖型。为了深入探究慢生单胞菌类群的捕食周期与捕食特点,选取模式物种B.sediminis FA350T作为研究对象进行实验。通过对B.sediminis FA350T与107个模式物种的交叉划线,总结了其对不同类群细菌的捕食能力。在此基础上,选取被捕食程度较高、亲缘关系较远且细胞形态较B.sediminis FA350T不同的Algoriphagus marius am2T作为猎物细菌。通过多种定量方法,包括平板计数、绝对定量PCR以及荧光杂交细胞计数,定量了B.sediminisFA350T的捕食曲线,并将B.sediminis FA350T捕食周期划分成前期、中期与后期,以便后续其他方面的研究分析。通过在不同盐度的培养条件下进行的交叉划线实验,可以清晰地看出,盐度对于B.sediminis FA350T的捕食以及生长状态具有很大的影响,猎物的存在可以削弱盐度不适宜对B.sediminis FA350T产生的不利。此外,对B.sediminis FA350T发酵液检测,发现B.sediminis FA350T发酵上清液无法杀死猎物细胞。结合Transwell以及滤膜隔绝等实验分析,表明了 B.sediminis FA350T的捕食是接触依赖的。切片透射电镜同样展示了不同捕食时期的细胞形态,经过120小时的捕食后,猎物A.marius am2T的细胞基本上全部破裂死亡。也佐证了B.sediminis FA350T捕食的接触依赖性。为了进一步探究捕食机制,将不同时期捕食A.mariusam2T的B.ssediminis FA350T进行转录组分析,发现猎物可以触发B.sediminis FA350T进入不同于普通生长状态的捕食状态。通过对捕食中后期差异表达基因的聚类,发现整个捕食过程中涉及到的上调表达基因包括ABC转运系统、能量传递、信号肽酶、DNA摄取、蛋白质转运、膜蛋白合成、Ⅲ型分泌系统、Ⅳ型菌毛合成、脂肪酸代谢、转录调节、蛋白质折叠异构以及DNA修复等;下调表达基因包括氨基酸合成及生长因子合成等等。此外,还通过荧光定量PCR对转录组分析的部分结果进行了验证。选取的6个基因涉及膜蛋白、转运系统、分泌系统以及Ⅳ型菌毛,这些基因在捕食中、后期均呈现显著上调表达的趋势。通过以上分析并结合比较基因组结果,对慢生单胞菌进入捕食阶段的代谢通路进行了预测,提出了慢生单胞的捕食代谢模型:慢生单胞菌感知到猎物的存在,并趋向猎物运动;与猎物细胞接触后引发自身进入捕食阶段,并紧密粘附在猎物细胞上;通过注入致死物质或排出抗生素杀死猎物;与此同时分泌大量蛋白酶、核酸酶,对猎物细胞流失的内溶物中的营养物质进行分解;将胞外的营养物质转运到胞内,用于自身细胞的生长及生命活动等。综上所述,慢生单胞菌作为新型捕食细菌类群,具有较为独特的基因组特点和代谢途径,不同于专性和兼性捕食类群。此外,通过对其捕食的研究以及与其他经典捕食细菌的比较可以推测其在捕食细菌类群进化中的作用,以及在生态环境中对其他细菌类群的进化及衍替的影响。考虑其主要分布于含盐环境,如近海及海洋沉积物中其相对丰度较高,其捕食作用可能影响微生物群落结构,因此具有一定的生态学意义。慢生单胞菌作为捕食细菌具有较好的应用前景,特别是在养殖业以及医药行业等等。作为海洋捕食性细菌,慢生单胞菌还可以作为菌制剂应用于水产养殖业,用于病原菌的抑制和清除;部分慢生单胞菌具有产生抗生素的潜力。该研究丰富了我们对捕食细菌类群多样性的认识,也为将来全面评价细菌捕食者在生态系统中的作用奠定基础。当然,目前的工作还有一些不足,另外由于时间限制,一些问题还有待于进一步探讨。例如:(1)高通量测序分析结果显示,含盐环境中的慢生单胞菌资源分布广泛并且种类丰富,因此可以通过本论文研究建立的猎物诱筛方法,发掘更多的慢生单胞菌资源。(2)可以通过C同位素(13C)示踪检测进一步验证猎物细胞物质组成的流向,从而验证其捕食能力。(3)对于调控慢生单胞菌捕食及重要代谢途径的关键酶的编码基因,还需要通过基因敲除等实验手段进行进一步的验证等等。(4)分析比较慢生单胞菌的猎物以及非猎物细菌抵抗捕食机制的差异。(5)探究通过构建绝对富营养的培养条件是否可以完全消除慢生单胞菌的捕食性状。