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整合性接合元件(ICE)是一种可自传递的移动遗传元件(MGE)。整合性接合元件常赋予宿主细菌新的性状,如耐药性和致病性等。目前,SXT/R391 ICE是ICE数据库中列出的最大的整合性接合元件,近几年携带SXT/R391元件的细菌在临床和环境中出现的频率逐渐增高。它们已成为传播众多抗生素抗性基因的重要载体。随着SXT/R391元件的增多,目前已经积累了许多相关的研究,但这些研究主要集中在SXT/R391元件基因组结构、基因功能、固定的分子机制等方面,有关SXT/R391元件进化的系统研究报道很少。因此,为了更有效的应对SXT/R391元件基因组进化与传播带来的潜在威胁,我们对SXT/R391元件的基因组进化、传播扩散规律展开了系统的研究。在本文的第一部分工作中,我们首先对现有的数据进行有效的筛查,搜集和整理了83个获得全基因组序列的SXT/R391元件。通过开发的预测SXT/R391元件的方法,预测到29个SXT/R391元件。之后对29个新元件和其所在基因组的GC含量、密码子适应性指数、有效密码子数分析。结果发现海洋细菌菌株中携带的SXT/R391元件在上述核酸组成分指标均与宿主的比较接近,说明海洋细菌的元件可能是相对古老的,支持了现有的海洋环境很可能是SXT/R391元件发源地的观点,而霍乱弧菌、溶藻弧菌和副溶血弧菌的元件来源可能是近期的基因水平转移事件获得的。在本文的第二部分中,我们将SXT/R391元件家族视为一个“物种”来研究,全面地从基因组水平分析SXT/R391元件内的遗传多样性。通过泛基因组模型分析发现,SXT/R391元件可能存在一个封闭的泛基因组,确定了SXT/R391元件核心基因的数量。之后对核心基因树和基因含量树的分析比较,发现SXT/R391元件的基因获得/基因丢失事件非常频繁,元件之间可能通过重组形成杂合元件。通过对核心基因的进化发现,SXT/R391元件核心区的进化非常复杂,不同功能模块之间可能会发生频繁重组,核心基因会经历基因复制、基因融合/裂解等进化事件。在第三部分中,我们探究了SXT/R391元件核心基因的适应性进化,对83个SXT/R391元件的核心基因进行了重组和正选择分析,发现许多核心基因中存在重组和正选择,同源重组和正选择在SXT/R391元件核心基因的进化过程中发挥了重要作用。SXT/R391元件发生重组和正选择变异都是为了SXT/R391元件适合度的提升,从而能适应生态环境的变化。在第四部分中,对SXT/R391元件模块代表基因做了系统地理发生学分析,发现不同模块之间的进化特征和传播模式完全不同,这也证实了文献报道的SXT/R391元件的保守骨架区可能具有频繁的重组进化的特征。在最后一章里,我们对维持SXT/R391元件稳定的3对毒素抗毒素系统的分布和进化进行了分析。发现毒素抗毒素两个基因经历的进化历程并不一致。与相关报道细菌的毒素抗毒素系统之间存在协同进化特征并不一致。对毒素抗毒素系统的正选择和重组探测中均未发现明显信号,毒素抗毒素系统基因的适应性进化特征不显著。本文充分搜集利用了现有的SXT/R391 ICEs基因组数据,引入泛基因组模型,并且使用系统发生地理学、系统发生、分子进化等多种生物信息技术,从全基因组角度探讨SXT/R391元件之间的进化关系,并结合适应性进化分析,揭示SXT/R391元件在扩散传播经历的微进化特征,以还原SXT/R391元件基因组的动力学过程,重构这个移动遗传因子家族的起源、传播经历的进化历程的全貌。