植物根际对土壤中大环内酯类抗生素抗性基因传播行为的影响机制

Antibiotic resistance genes (ARGs) are emerging contaminants, which attracted increasing attention in the field of environmental science. Recently, misuse of antibiotics in animal husbandry is believed to be a major contributor to the increased environmental burden of ARGs. However, the reports on the main effect mechanism of spread of macrolide ARGs with great hidden danger to human health in the agricultural soil were scarce. In the present study, we aim to study the influence of rhizosphere to evolvement and fate of widely detected macrolide ARGs（ermB, ermC, ermE, ermF, ermV, ermX）in the agricultural soil, employing the terrestrial microcosm system with maize (Zea mays L.) and RTQ-PCR technology. Meanwhile, using metagenomic and 16s rDNA analysis, we would analyze the variation trends of microbial community composition and macrolide resistant bacteria in the rhizosphere after animal manure amendment, and then obtain the transmission mode of ARGs, as well as the expression rule of ARGs under antibiotic stress, in the macrolide resistant bacteria in the rhizosphere. The comprehensive analysis was obtained finally on the effect mechanism of rhizosphere to proliferation and spread behavior of macrolide antibiotic resistance gene in soil. The results of our study will provide especially important scientific evidence to clarify the spread mechanism of macrolide ARGs in the agricultural soil.

抗生素在畜禽养殖业滥用导致的抗性基因环境污染问题已成为当前环境研究的热点之一，而污染隐患较大的大环内酯类抗生素抗性基因通过农田土壤介质传播扩散的主要影响机制却报道较少。本研究拟选取养殖环境检出较广泛的6种大环内酯抗性基因（ermB, ermC, ermE, ermF, ermV, ermX），运用种植玉米的陆生微宇宙模拟试验，并利用RTQ-PCR 技术进行抗性基因定量测定，研究施用动物粪肥后植物根际对大环内酯抗性基因在农田土壤介质中演变与归趋的影响规律；结合宏基因组分析及16s rDNA分析等技术，分析施用动物粪肥后植物根际土壤微生物群落及大环内酯耐药菌的变化趋势，明确植物根际大环内酯耐药菌传播ARGs的方式及其在抗生素胁迫下表达ARGs的规律，综合分析植物根际对农田土壤中大环内酯抗性基因增殖、传播的影响机制。本研究可为进一步阐明大环内酯抗生素抗性基因在农田环境中传播扩散机制提供科学依据。

抗生素在畜禽养殖业滥用导致的抗性基因环境污染问题已成为当前环境研究的热点之一，而污染隐患较大的大环内酯类抗生素抗性基因通过农田土壤介质传播扩散的主要影响机制却报道较少。本研究运用陆生微宇宙模拟试验，结合宏基因组分析，16s rDNA分析及RTQ-PCR技术，探明了植物根际对大环内酯ARGs在土壤中演变与归趋的影响规律，探索了植物根际微生物对大环内酯ARGs增殖与传播影响的分子机制。研究发现，非根际（BK）土壤中ermB、ermC、ermF和ermX的基因增殖率分别为-96.4%、-83.6%、-99.5%和-87.0%；而根际（RH）土壤中相应erms的增殖率则分别为-88.3%、103.0%、-88.6%和71.5%，暗示玉米根系可能具有促进土壤中erm抗性基因传播和转移的作用；随着土壤深度的增加，抗性基因的含量呈下降趋势，但相同采样时间点同一深度土层中抗性基因的检出率表现为RH土壤>未种植玉米土壤（CK），具有显著性差异（P<0.05），提示植物根际促进了erms抗性基因在土壤中的纵向迁移传播。宏基因组多样性分析表明（OTUs水平）RH土壤中的细菌群落结构的多样性高于BK土壤；隶属于植物根际促生菌（PGRP）的独特种属在根际土壤中更为丰富，暗示根际分泌物对细菌的选择性可能是导致根际与非根际土壤的细菌群落结构差异的一个重要机制。从3种不同的土壤样品中共分离得到14株耐药菌，其中RH和BK土壤各6株菌，CK土壤2株菌，分别属于Enterobacter、Bacillus、Stenotrophomonas和Sphingobacterium等8个属；不同土壤来源红霉素耐药菌株MIC的大小表现为RH>BK>CK；在上述14株耐药菌株中，仅来自RH和BK土壤中的9株耐药菌株检测到pDNA的存在，占耐药菌总数的64.2%。接合转移试验结果显示，植物根际耐药菌成功将质粒转入受体菌，实现了erms基因的传播转移。同时研究发现，氮元素和钾元素对耐药菌ARGs的接合转移呈现显著的促进作用，而磷元素和有机酸在浓度低时对耐药菌ARGs的接合转移呈现促进作用，而浓度较高时呈现抑制作用。本研究结果可为进一步阐明大环内酯抗生素抗性基因在农田环境中传播扩散机制提供科学依据。