青藏高原湿地抗生素抗性基因的多样性和丰富性

文章信息

Bacterial community and climate change implication affected the diversityand abundance of antibiotic resistance genes in wetlands on the Qinghai-Tibetanplateau

Yuyi Yang,Guihua Liu, Chen Ye, Wenzhi Liu

DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.09.002

发表杂志：Journal of hazardous materials（IF=7）

1.研究背景

抗生素抗性基因（ARG）已被确定为环境中新兴的污染物。但是，在高海拔的天然湿地中，ARG的信息很少。

2.方法

2.1 土壤样品的采集和环境因子分析。

2.2 DNA提取及高通量定量聚合酶链反应（Wcgene Biotech, Shanghai, China）。

2.3 16S rRNA基因序列分析。

3.结果

3.1 不同类型湿地土壤中的抗生素抗性基因

2014年，从青藏高原的7个河流湿地，19个湖泊湿地和6个巴勒斯坦湿地收集了土壤样本（图1）。在32个湿地中检测到的ARGs的多样性在成分上相似，且所有主要的ARG抗性机制，其比率没有显著差异（图2）。32个湿地土壤的Arg丰度和组成各不相同（图3）。

图1.青藏高原湿地（湖泊湿地（A）、河流湿地（B）和沼泽湿地（C））的位置和典型环境。

图2. 检测的Arg（a）数量及其对耐药机制（B）的百分比（FCA、氟喹诺酮、喹诺酮、氟苯尼考、氯霉素和霉素耐药基因；MLSB、大环内酯-林可酰胺-链阳霉素B耐药）。

图3. 河流湿地（R）、湖泊湿地（L）和沼泽湿地（P）抗生素抗性基因绝对丰度对数值。

3.2 ARGs变异的地理分析

研究分析表明，地理距离不影响Arg剖面的组成；海拔高度对ArgS总丰度有负向影响；没有发现海拔与导致对四环素耐药的精氨酸丰度之间的显著相关性。

3.3 不同类型湿地土壤中的可移动遗传元素（MGEs）

ARGs的绝对丰度与整合素的丰度显着相关，但与转座酶的丰度没有显着的相关性。ARGs的相对丰度与整合素和转座酶的相对丰度显着相关（图4）。使用Gephi软件通过Spearman相关分析对ARG和MGE的共现进行了研究，该分析显示了网络中ARG和MGE的簇（图5）。

图4.ARGs相对丰度与活动遗传元件之间的皮尔逊相关关系。

图5.抗生素抗性基因，转座酶和1类整合素整合酶基因（intI1）共存模式的网络分析。

3.4 湿地土壤细菌群落

在门的水平上，这32个湿地中细菌群落的组成并不相似（图6）。

图6. 河沿（R），湖相（L）和帕卢斯蒂林（P）湿地土壤中细菌水平的细菌群落组成。

3.5 ARG丰度与环境因子的相关性

通过热图和Spearman相关分析检查了环境变量与ARG丰度之间的关系（图7）。环境变量可以分为两类：第一组包括水深，平均温度，土壤铵，土壤湿度，土壤温度和土壤总碳，而第二组包括土壤pH，水中总磷，硝酸盐，降水，土壤水中的总磷，总氮和总有机碳，水电导率和土壤电导率。土壤水分和土壤总碳与赋予抗磺酰胺，万古霉素，MLSB，其他和FCA的五种ARGs正相关。平均温度，土壤铵盐和土壤温度与2至3类ARGs呈正相关。第二组的环境变量与任何ARGs类均无显着相关性。

图7.基于Spearman分析的ARG丰度与环境因素之间的相关关系。

结论

       调查青藏高原的32个湿地的湿地类型，海拔和环境因素的变化，以评估该地区ARGs的决定因素。湿地土壤中的ARGs多样且丰富，并且每个地点都不同，但是空间地理距离并不影响ARG剖面。高原地区细菌之间ARGs的转移率较低。细菌群落组成是塑造ARG多样性和地理分布的主要动力。土壤湿度和温度与该地区的ARG含量呈正相关。