基于宏基因组技术解析南极不同纬度地区土壤抗生素抗性基因的分布与迁移

摘要

[目的]南极洲不同地区环境极端多样,且受人类活动影响不一.本研究旨在探究南极不同纬度地区土壤抗生素抗性基因(ARGs)的分布特征与迁移机制.[方法]下载南极不同纬度地区及加拿大阿尔伯特地区养殖场附近土壤宏基因组数据集,利用MetaWRAP进行组装,使用CARD、PlasFlow和ICEberg数据库对ARGs与可移动遗传元件(MGEs)进行注释.[结果]在南极不同纬度地区土壤中,优势菌门为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门.共注释出25类406种ARGs,以多重耐药类、四环素类及氨基糖苷类抗生素抗性基因为主.NMDS分析结果表明,南极不同纬度地区与养殖场附近土壤中ARGs的分布特征显著不同(ANISOM,P=0.001).南极高纬度地区ARGs占总基因数的比例为0.28％,显著低于低纬度地区(1.93％,P＜0.01).不同抗生素类型的ARGs呈现不同的区域分布模式,其中硝基咪唑类、氨基糖苷类、糖肽类与大环内酯类ARGs主要分布在南极高纬度地区,四环素类与磺胺类ARGs主要分布在南极低纬度地区(P＜0.05).南极土壤中ARGs的迁移研究表明,质粒携带的ARGs占检测到的ARGs的17％.同时,共发现163个整合与接合元件(ICEs)可携带多抗耐药类、肽类和四环素类等14类ARGs.这些携带ARGs的ICEs主要分布于α-、β-与γ-变形菌纲中.[结论]南极高纬度与南极低纬度地区土壤中ARGs的分布存在差异性,质粒与ICEs共同介导ARGs的迁移.本研究为进一步了解抗生素时代之前的原始抗性组提供数据基础.