趋磁细菌（Magnetotactic Bacteria，MTB）是一类能够沿着磁力线做定向运动的革兰氏阴性细菌。趋磁细菌具有形态、生理代谢、系统发育及功能多样化的特点。其中，多细胞趋磁原核生物（Multicellular Magnetotactic Prokaryotes，MMPs）和硝化螺旋菌门趋磁细菌（Nitrospirota MTB）是两类特殊的趋磁细菌。MMPs具有独特的多细胞结构、生活史中没有发现单细胞阶段，目前仅在海洋环境中发现；Nitrospirota MTB是在系统发育学中处于比较古老的地位，具有极强的生物矿化能力和丰富多样的代谢能力。目前对于MTB的多样性、季节变化规律、基因组的研究主要集中于单细胞MTB，但对潮间带MMPs的物种多样性、基因组比较解析与环境适应性的相关研究较少。目前与Nitrospirota MTB相关的研究主要集中于淡水陆域环境，缺乏海洋环境中的相关研究。本论文通过结合生态调查、光学显微镜和电子透射显微镜、分子生物学和高通量测序等技术方法，分别对青岛汇泉湾潮间沉积物中MMPs和南海西沙群岛珊瑚礁沉积物中Nitrospirota MTB的基因组和生态功能进行分析和探讨。

针对汇泉湾潮间带MMPs丰度的季节变化和物种多样性进行周年调查研究和MMPs的基因组信息进行分析。汇泉湾潮间带的MMPs由常见种类sMMPs（spherical MMPs，sMMPs）和eMMPs（elliptical MMPs，eMMPs），偶见种类cMMPs（pinecone-shaped MMPs，cMMPs）组成。在周年季节变化中，sMMPs和eMMPs表现出不同的季节变化现象。在物种组成上，sMMPs的种类多样性呈现出夏秋季节较高，冬季低的季节变化，sMMPs的优势种具有季节变化现象；eMMPs的种类多样性和优势种均没有明显的季节变化现象。在该区域共获得15个MMPs的OTUs，其中6个OTUs在分类学上属于潜在新种，代表了MMPs潜在新种。本论文获得了sMMPs和eMMPs的高质量基因组草图各一个。sMMPs（QD.A1）和eMMPs（QD.G1）的基因组分析结果揭示了MMPs可能具有自养生活的方式，包括具有通过WL途径、rTCA途径进行CO₂固碳的代谢潜能；通过异化硫酸盐途径产生能量的代谢能力；通过多种转运体和T2SS实现细胞内外物质运输的能力。sMMPs（QD.A1）比eMMPs（QD.G1）具有更完整的碳代谢和昼夜节律调控机制，更多参与趋化和感光相关基因，这可能是sMMPs对复杂多变环境的适应性特征。sMMPs和eMMPs基因组均注释到完整的磁小体基因簇，在eMMPs的磁小体基因簇上有mamN-mad22基因序列的三个重复。

在南海西沙群岛珊瑚礁沉积物样品中Nitrospirota MTB的新物种Candidatus Magnetocorallium paracelense XS-1（XS-1）的研究分析。XS-1菌体为弧状，细胞大小为2.50 × 1.29 μm，在沉积物中丰度为10³-10⁴ inds./cm³。XS-1在外加磁场中表现为极向的趋磁运动，聚集在液滴边缘时展现出“Ping-Pong”的运动行为。XS-1除了能够生物矿化合成子弹头型Fe₃O₄磁小体外，细胞内还含有硫颗粒和类似液泡的细胞结构。基因组的注释和代谢潜能预测分析的结果显示XS-1具有丰富多样的代谢潜力，包括通过WL途径进行固碳、通过异化硫酸盐还原途径产能和昼夜节律调控的能力。比较基因组的结果显示，cbb₃型细胞色素c氧化酶可能是海洋Nitrospirota MTB所依赖的电子末端氧化酶，该酶具有高亲氧性，使得海洋Nitrospirota MTB在含氧量有限的环境中具有生存优势。XS-1的基因组上也有保守的Nitrospirota MTB的磁小体基因簇。XS-1可能代表了一类在珊瑚礁生态系统中具有重要生态功能的MTB，它们在珊瑚礁生态系统中能够有效地推动C、N、S和Fe多种元素的生物地球化学循环。

对MMPs和Nitrospirota MTB两类特殊的MTB的生物学特征、物种多样性和基因组特征的研究结果分别丰富了汇泉湾潮间带MMPs的生物多样性和种质资源和填补了海洋环境中Nitrospirota MTB的相关研究的缺乏。本研究获得了sMMPs、eMMPs和海洋Nitrospirota MTB的高质量基因组，基因组信息的分析结果不仅为进一步研究趋磁细菌在潮间带及珊瑚礁环境的生态分布提供新的依据，而且为研究这两类特殊的趋磁细菌的生态功能奠定了重要前期工作基础。