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长江大学刘国平团队揭示森林土壤硒影响ARGs的传播机制

湖北恩施地区因为土壤富硒,而有硒都之称。食物适量富硒是有利于人类身体健康的,过量富硒是有毒性的。抗生素耐药基因(ARGs),由于超级耐药菌的产生,作为土壤新型污染物,广泛为学术界重视。硒作为类金属元素,有益综合利用于种植业与养殖业等,极大地提高农业的附加值。然而,这类硒元素利用不当,可能造成环境的污染,包括抗生素耐药基因扩散等,严重时还可能会危及健康,亟需通过试验研究来证实。

本研究通过对恩施原始森林土壤硒含量的调查,发现了土壤有效硒影响ARGs的多样性和丰度存在一个阈值,在阈值以下,增强,高于阈值时,随着有效硒含量的增加,ARGs的多样性和丰度将会受到抑制。此外,硒的甲基化(由tehB介导)和DNA损伤的修复(由ruvBrecG介导)是硒抗性的主导机制,这种硒抗性可能会影响ARGs模式。细菌群落在土壤硒对ARGs分布的双重影响中也发挥了重要作用。此外,培养的高硒耐受性细菌比低硒耐受性细菌在基因组上拥有更多的ARGs。通过结构方程模型、网络分析等分析方法,结合可培养菌的全基因组测序与解析、次级代谢产物生物合成基因簇预测以及可培养菌的生长特性,揭示富硒森林土壤,垂直基因转移是ARGs的主要传播机制。我们的研究表明,中等硒压力会增强ARGs 的富集,但在森林土壤中较高硒压力下会受到抑制(阈值为 0.034 mg kg-1 有效硒含量)。值得注意的是,世界平均土壤有效硒含量低于0.034 mg kg1的阈值,因此土壤硒含量升高可能会促进抗生素耐药性的传播。该研究指出了与硒污染相关的潜在健康风险及其对土壤中 ARGs 分布的相关影响。

相关研究于2022515日,以题为Natural selenium stress infuences the changes of antibiotic resistome in seleniferous forest soils在线发表于国际环境微生物学主流期刊 Environmental Microbiome上。该研究中分离的菌株以及创制的新技术,已经应用于恩施黑猪的饲养以及当地植物的种植。

该工作由长江大学刘国平副教授团队具体组织,指导以本科生为主的、研究生为辅的团队完成。该工作得到墨尔本大学贺纪正教授、加州大学河滨分校李百炼教授、中国科学院亚热带生态研究所沈建林研究员的技术支持以及中国科学院生态环境中心和中国科学院亚热带生态研究所的平台条件支持。长江大学刘国平副教授为论文的通讯作者。本科生王芳芳、张帆分别为该论文的第一作者和并列第一作者。该研究得到湖北省生猪健康养殖协同创新中心创新基金、国家自然科学基金以及企业研究与开发项目的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1186/s40793-022-00419-z


论文部分结过如示图

  

恩施原始森林采样点硒、ARGS以及细菌群落的分布


 

 

 

 

 

 

 

 

 

非可培养、可培养综合分析的主要结果