大肠杆菌是一种无性繁殖的物种,它们有的时候会长期寄居在一个宿主中,这就为特定时期内研究进化提供了机会。在这本研究中,我们对14株来源于同一个克隆的尿道致病的大肠杆菌进行了测序。这14株大肠杆菌是在3年的时间中从一个有6名成员(包括宠物狗)的家庭中分离得到的,这株菌在第2年后引起了宠物狗的尿道感染。经过基因组分析,我们把这14株菌发生的所有单核苷酸突变建成一个树,通过估算得到突变的频率大约为每个基因组每年发生1.1个SNP或者是每年发生0.17个sSNP,包括在尿道感染时期的分析,没有证据表明这些SNP中有适应性的突变。尽管如此,这种突变速率比通常假设的发生在细菌适应环境的过程中的突变速率低,也有可能在环境变化的某些情况中这种突变速率会比较高。宿主的数据表明在3年中至少发生了6次宿主转移的事件。总之,我们发现通过对一株长宿主大肠杆菌几年间持续取样来研究大肠杆菌的突变速率是可行的。如果研究足够多的克隆,这种方法在研究一个种属的变异方面是具有非常卓著的优点。我们做这个实验的数据当初并不是为了研究突变速率而得到的,如果更长时间范围的,更频繁地取样来进行有目的的研究,我们将会得到种群动态和变异速率的结果。本研究首次揭示了致病大肠杆菌的突变和在宿主之间传播的模式。尿道感染是最常发生的细菌感染,主要是由尿道致病大肠杆菌引起的。引起尿道致病大肠杆菌主要属于14个血清型,包括01,02,04,06,07,08,015,016,018,021,022,025,075和083,这14个血清型在临床样品中检出的频率最高。本实验中,鉴定了大肠杆菌01,02,018和075的O-抗原基因簇。确立了一种基于O-抗原特异基因的,可以同时检测14种血清型大肠杆菌多重PCR方法。我们用186种大肠杆菌和志贺氏菌标准菌株,47株临床菌株和其他种属的10株菌证明了这种方法是有很高的特异性和可重复性的。灵敏性试验表明,其可检测的最小基因组DNA浓度为25ng/μl,用尿液模拟样品检测,能检测到的最小菌浓为40CFU/ml。我们用此方法检测了从医院获得的5分临床样品,并用传统的血清学方法对其中一份样品的结果进行了确认。因此,这种多重PCR检测方法可以用于相关大肠杆菌临床或者环境样品的检测,并且这种方法在尿道感染病人尿样的流行病学调查中具有非常重要的作用。大肠杆菌作为重要的模式生物,一直是研究致病微生物分子进化机制最好的材料。O-抗原是革兰氏阴性细菌外膜的组成部分,形成了细菌表面抗原的多样性。O-抗原分型是鉴定大肠杆菌最普遍的方法。本研究中,共破译了3株大肠杆菌基因簇,并结合他们的结构作了遗传分析,会使我们对O-抗原多样性的本质和形成机制有一个更为清晰的认识,我们破译了大肠杆菌099的O-抗原结构,由主链上的4个鼠李糖残基和侧链上的2个葡萄糖残基组成。099的O-抗原基因簇位于galF基因和gnd基因之间,我们推测有4个基因与鼠李糖的合成有关,发现了糖基转移酶基因以及ATP结合的转运基因(wzm和wzt基因)。我们的研究表明大肠杆菌099的O-抗原合成依赖于ABC transporter的转运系统。研究中我们发现沙门氏菌017的O-抗原主链与大肠杆菌085相同,只在β-Galf残基处多了一个O乙酰基团。通过分析我们发现大肠杆菌085的O-抗原基因簇与之前已经报道的沙门氏菌017的0-抗原基因簇十分相似。这一对相似的基因簇在以前并没有报道。通过比较所有的大肠杆菌和沙门氏菌我们找到了大肠杆菌085的两个特异基因,并用这两个基因建立了鉴定大肠杆菌085的PCR检测方法。通过沙门氏菌0660-抗原结构的测定我们发现,沙门氏菌066与大肠杆菌0166的结构非常相似,仅在侧链有一个O乙酰基团的差别。通过生物信息学分析我们发现沙门氏菌066的O-抗原基因簇与大肠杆菌0166非常相似,它们之间有相似的基因排列方式,唯一不同之处在于沙门氏菌066的wzy基因被一个非编码区域取代。大肠杆菌0166 wzy的基因功能由构建缺失互补菌株实验验证。我们推测参与沙门氏菌066 O-抗原合成的wzy基因位于O-抗原基因簇之外,这种现象以前在沙门氏菌A,B和D1血清群中有过报道。沙门氏菌066和大肠杆菌0166的同源基因一致性从64%到70%不等,表明它们发源于一个共同的祖先。我们推测有可能在物种分化之后,沙门氏菌066存在于O-抗原基因簇的中的wzy基因失活了,取而代之的是获得了两个新的基因,一个wzy基因和一个用于0乙酰化修饰的前噬菌体基因,这两个基因都位于O-抗原基因簇之外,从而造成了沙门氏菌0660-抗原基因簇的特异性。