细菌表面抗原，如O抗原、H抗原和K抗原等，细菌的重要组成部分。表面抗原的多样性是细菌血清学分类的基础。O抗原是位于革兰氏阴性菌表面的脂多糖的重要组成部分，O抗原位于细菌表面，由多个寡糖单位组成，是细菌表面最具多样性的成分之一。O抗原具有很强的免疫原性并且是一些噬菌体的吸附位点，这些因素使其受到较强的选择压力并导致O抗原具有高度的多样性。O抗原多样性同样会赋予细菌在特定生存环境下的选择优势，使细菌拥有更适于其生存或者更易于逃避免疫系统攻击的表面结构。O抗原是一种重要的致病因子，O抗原的缺失会造成细菌的血清敏感并严重影响细菌的毒力。负责O抗原合成的基因簇通常位于细菌染色体上的特定位置，O抗原的多样性主要是由于O抗原基因簇的遗传学多样性造成的。O抗原基因簇中的基因可以被分为3类：单糖合成酶基因、糖基转移酶基因和寡糖单位处理酶基因。　　 对一组菌的大量不同的O抗原进行系统的分析，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，并为利用实验探索O抗原在细菌生存和致病性中所扮演的具体角色奠定基础。　　 沙门氏菌是一种重要的致病菌，对人和动物均可致病。在许多国家，沙门氏菌是造成食源性疾病爆发的首要原因。沙门氏菌共有46种不同的O抗原。本研究破译了22种沙门氏菌的O抗原基因簇，结合已发表的数据，沙门氏菌全部46种O抗原基因簇均已被破译。沙门氏菌O抗原基因簇的特点与大肠杆菌O抗原基因簇相似。一些沙门氏菌O抗原基因簇内存在异常现象，表明一些沙门氏菌O抗原基因簇是在很近的进化时间形成的。沙门氏菌和大肠杆菌被认为是在1.4亿年前从同一祖先分化而来。之前进行的许多研究一直认为，在沙门氏菌和大肠杆菌之间只具有三对相同的O抗原，本研究发现在沙门氏菌和大肠杆菌之间共存在18对相同或者相似结构的O抗原基因簇，高于以前人们的预期，表明沙门氏菌和大肠杆菌的O抗原具有更为紧密的关系。进化分析表明沙门氏菌和大肠杆菌之间共有的O抗原基因簇起源于同一个祖先，但基因簇内基因的分化速度要高于持家基因的分化速度，表明O抗原基因簇内的基因为了适应新的环境而受到的选择压力要高于持家基因。此外发现在这些基因簇分化的过程之中，糖基转移酶基因和寡糖单位处理酶基因所受到的选择压力要明显大于单糖合成酶基因。研究比较了沙门氏菌O47和大肠杆菌O118、O151的O抗原之间的进化关系，推测了重要致病菌大肠杆菌O118的进化历程。　　 志贺氏菌同样是一种重要的人类致病菌，可以导致腹泻和细菌性痢疾等疾病。志贺氏菌具有34种独立的O抗原形式。志贺氏菌和大肠杆菌具有紧密的亲缘关系，已进行的针对持家基因的分析显示，大部分志贺氏菌的进化位置均在位于大肠杆菌内的三个簇（Cluster）之内。本研究利用本实验室前期研究中获得的大量数据，从整体水平对志贺氏菌的O抗原基因簇的组成、进化特点及其与大肠杆菌O抗原基因簇之间的关系进行了全面的分析。发现志贺氏菌的O抗原基因簇与大肠杆菌。抗原基因簇的特点较为相似，但志贺氏菌的O抗原基因簇中出现异常现象的比例更高，表明一些志贺氏菌O抗原基因簇是在很近的进化时间内形成的或者为了适应其生存环境在基因水平上发生了很多适应性改变。一些异常现象被发现与志贺氏菌O抗原的合成有关，其代表着志贺氏菌O抗原多样性的一种重要的起源方式。通过比较发现18种志贺氏菌具有与大肠杆菌相同的O抗原基因簇，3种志贺氏菌具有与大肠杆菌高度相关的O抗原基因簇。这些志贺氏菌大部分位于Cluster1和Cluster2内。表明这两个簇内的O抗原多样性的扩散主要依靠O抗原基因簇之间的同源重组。本研究使我们对于志贺氏菌O抗原的多样化机制有了更多的认识。　　 本研究利用生物信息学方法新预测了两种罕见单糖Pse5Ac7（3OHBut）和L-iduronic acid的合成路径。推测出大肠杆菌O152的O抗原基因簇中的糖基转移酶基因wfgD编码的蛋白为β-1，3-葡萄糖转移酶，负责Glc-β1-3-GlcNAc键的形成，并用生化方法首次证明了该基因的功能。发现WfgD具有DxD基序和一个位于C端的疏水区，可能与蛋白的功能相关。利用缺失和互补的方法，证明了鲍氏志贺氏菌16型中的wzy基因的功能。　　 本研究筛选出了针对22种沙门氏菌血清群的特异分子识，结合世界上其它实验室的研究和本实验室的前期研究，目前针对全部46种沙门氏菌血清群的特异分子标识已经全部被获得。本研究为沙门氏菌分子分型系统的建立奠定了重要基础。同时，建立了针对致病性大肠杆菌O138和O139的快速检测方法。　　 重组酶基因orf486基因位于大肠杆菌H3中的基因组岛flkGI上，orf486被推测可以介导flkGI从基因组岛上的删除，从而使大肠杆菌发生相位变异。本研究证明了orf86的功能，对于理解大肠杆菌H抗原相位变异的分子机制具有重要意义。