基因芯片筛选氯化汞对大鼠脑神经毒性差异表达基因

为了筛选汞神经毒性差异表达基因和探讨汞神经毒性分子机制,采用基因芯片技术,研究了大鼠皮下注射0.5mg/kg的HgCl₂ 1h后脑中基因表达的变化.结果表明,基因表达谱中差异表达基因共有742条,上调基因562条,下调基因180条.生物信息学分析表明,差异表达基因中有免疫应答及解毒作用相关基因、遗传信息传递与表达相关基因、细胞信号传导基因、神经传导基因、细胞增殖与分化基因、细胞调亡等多种基因.分析结果提示这些基因的差异表达可能与汞神经毒性有关.利用基因芯片技术筛选相关基因,为深入阐明汞神经毒性的作用机制提供了新思路.     

鸡粪模拟堆肥中多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因的消减动力学解析

为掌握多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因在鸡粪堆肥过程中的消减动力学规律,试验外源添加多重耐药菌,并以其携带的磺胺类耐药基因(sul2)、多肽类耐药基因(mcr-1)、喹诺酮类基因(oqxB)和Ⅰ类整合酶基因(intI1)作为典型污染物,开展模拟堆肥试验. 结果表明:可培养的多重耐药大肠杆菌数量在3 d的高温后得到完全灭活;堆肥10 d后,多重耐药菌总量下降了4～6个数量级. 在高温堆肥过程中耐药基因的绝对丰度随着堆肥过程的进行而逐渐降低,耐药基因aadA、sul2、mcr-1、oqxB的消减率分别为89.39%、97.99%、99.89%、99.81%,intI1基因的消减率高于80%;大多数耐药基因的相对丰度表现出先降低后略微升高的趋势. 基于基因绝对丰度的非线性回归分析表明,“独立”耐药基因(oqxB、mcr-1)的消减速率明显高于与Ⅰ类整合酶基因相连的基因(aadA),多重耐药大肠杆菌16S rRNA基因消减速率为0.128 d?1,半消减期为5.41 d. 堆肥对耐药基因绝对丰度的消减速率高于相对丰度. 研究显示,堆肥可以有效消减鸡粪中多重耐药菌,耐药基因消减规律符合一级动力学方程,与Ⅰ类整合酶基因相连耐药基因消减速率慢于“独立”耐药基因,4种耐药基因的半消减期为1.69~5.81 d.      

养鸡场空气中抗性基因和条件致病菌污染特征

集约化养殖场被认为是空气环境中抗性基因和致病菌的重要来源.本研究采集了养鸡场粪便和舍内外空气样本,对其抗生素抗性基因和条件致病菌的种类进行分析,包括五类抗生素(β-内酰胺类的23个基因、四环素23个基因、喹诺酮5个基因、磺胺类5个基因和红霉素2个基因)抗性基因、5种条件致病菌(肠球菌属、大肠杆菌属、葡萄球菌属、弯曲杆菌属和产气荚膜梭状芽胞杆菌属各1个基因)以及一类整合子(int I1)特异基因;并利用荧光定量PCR对检出率较高的典型基因浓度进行检测.结果显示,空气中5类抗生素抗性基因分别检出8、7、2、3和2个,同时检测到两种致病菌.目标基因在舍内空气中的检出率小于等于粪便样本.蛋鸡和肉鸡舍内空气中总细菌基因(16S r DNA)浓度为106copies·m-3,其他典型基因浓度约104copies·m-3,且在舍外的浓度要远低于舍内.抗生素抗性基因和条件致病菌基因在空气中所占比例高于粪便,舍内高于舍外.初步研究结果表明,粪便可能是舍内抗生素抗性基因、条件致病基因以及一类整合子的重要来源.本研究结果将为集约化养殖场抗生素抗性基因和致病菌的来源分析,以及养殖场对周边空气环境污染的风险评估提供基础数据.     

长期施用氮肥对水稻土亚硝酸还原酶基因多样性的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位试验的土壤样品为对象,采用PCR扩增、克隆测序等分子生物学技术,研究长期施氮肥对水稻土亚硝酸还原酶基因nirK、nirS多样性的影响.序列分析结果表明,从水稻土中克隆的系列nirK基因片段与NCBI数据库中未知菌种的nirK基因相似性较高,平均达90.7%;而nirS基因片段与数据库中已知的nirS基因相似度低,平均74.7%.通过Chao1估计值预测,nirK基因在不施肥处理(CK)、施氮肥处理(N)中分别有58±13和49±9个不同的OTUs,而nirS基因在CK处理、N处理中分别有49±10和132±43个不同的OTUs.Chao1预测曲线95%置信区间(95%CIs)显示,氮肥施用显著提高了nirS基因的多样性,而对nirK基因多样性则无显著影响.LIBSHUFF分析比较N、CK处理克隆文库间的差异,结果显示nirK基因处理间群落结构差异p0.022,达到显著水平;而nirS基因处理间的群落结构无显著差异.系统发育分析显示,nirK、nirS基因的系统发育树分别可分为3个及4个大簇.施用氮肥导致nirK、nirS克隆有不同程度的聚集,说明氮肥改变了nirK和nirS基因群落结构,其中氮肥对nirK基因群落结构的影响更大.总体来说,氮肥的施用对水稻土nirK基因群落多样性无显著影响,但明显提高nirS基因群落的多样性;而长期施氮肥使含nirK基因的反硝化菌群落结构发生显著变化,对nirS基因群落结构则无显著影响.     

高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响

为研究大规模好氧高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响,采用荧光定量PCR法检测了4个大环内酯类抗性基因(erythromycin resistance methylase,erm A、erm B、erm C和erm F)、3个β-内酰胺抗性基因(beta-lactamase,bla TEM、bla CTX和bla SHV)和2个喹诺酮类抗性基因(quinolone resistance,qnr A和qnr S)在堆肥过程中的变化趋势.结果表明,堆肥初期大环内酯类抗性基因含量显著高于β-内酰胺类和喹诺酮类抗性基因(P0.01),其中erm B基因丰度最高为9.88×10~8copies·g~(-1),其次是erm F为9.40×10~8copies·g~(-1).在高温堆肥结束时β-内酰胺抗性基因和喹诺酮类抗性基因丰度维持在较低水平,而大环内酯类抗性基因在堆肥结束后仍然具有较高含量.其中,erm F基因与堆肥初期相比甚至出现了增加的情况,这表明高温堆肥过程不能有效去除所有抗生素抗性基因.对于某些抗生素抗性基因,堆肥可能还是良好的生物反应器而导致抗性基因的增殖,农田中堆肥产品的施用有可能会造成抗生素抗性基因的传递.     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征

梅花鹿养殖是近年来我国南方地区出现的新兴养殖业.为探究梅花鹿养殖对养殖环境抗生素抗性基因的影响,采用高通量荧光定量PCR研究了抗生素抗性基因在养殖场区对照土壤、梅花鹿新鲜粪便、梅花鹿粪便堆肥产物和施用堆肥菜地土壤中的分布、丰度和多样性.结果表明,抗性基因的绝对丰度梅花鹿粪便堆肥产物梅花鹿新鲜粪便施用堆肥菜地土壤养殖场区对照土壤,抗生素抗性基因在4种环境样品中具有不同分布格局;梅花鹿养殖场环境中抗性基因丰度与可移动基因元件丰度显著相关(P0.05),表明可移动基因元件可能加快了抗性基因的水平转移过程,促进了抗性基因的迁移、传播和富集,加剧了养殖环境抗生素抗性基因污染.     

基于mcrA基因的厌氧颗粒污泥产甲烷菌群分析

基于mcrA基因对阿维菌素废水处理工业化UASB厌氧颗粒污泥中产甲烷菌群进行分析,并与基于16S rRNA基因的产甲烷菌群分析结果进行比较.结果表明,基于2种目标基因PCR产物的DGGE图谱存在差异,但根据图谱计算所得产甲烷菌群Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数和Berger-Parker优势度指数没有差异,表明基于2种目标基因的产甲烷菌群多样性分析基本一致.基于不同目标基因的优势产甲烷菌群系统发育种属的分析结果大体相似,产甲烷杆菌目和产甲烷八叠球菌目是厌氧颗粒污泥样品中的优势产甲烷种群;同时,分析结果的差异表明2种目标基因的检测特异性不完全相同.基于2种目标基因的产甲烷菌群FISH杂交区域具有很高的一致性,但杂交区域面积有所差异.基于mcrA基因FISH检测的产甲烷菌群平均相对丰度为24.25%±6.47%,低于基于16S rRNA基因FISH检测结果(33.42%±2.34%).以上结果表明,基于mcrA基因与基于16S rRNA基因的的产甲污泥菌群分析结果具有较高的相似度,mcrA基因可以作为16S rRNA基因的替代目标基因.     

微塑料对河口沉积物抗生素抗性基因的影响

微塑料和抗生素抗性基因都是环境中的新兴污染物,也是近年来的研究热点.为探究微塑料对河口沉积物抗生素抗性基因的影响,在沉积物中添加3种不同的微塑料进行培养实验,主要采用高通量定量PCR方法研究河口沉积物抗性基因种类、丰度、多样性及其变化情况.结果表明,微塑料显著改变了沉积物中抗生素抗性基因结构组成,两种难降解微塑料PVC和PE使得沉积物抗生素抗性基因组成结构显著改变,而可溶性微塑料PVA使得沉积物抗生素抗性基因种类数显著减少;添加PVC、PE和PVA微塑料的沉积物抗生素抗性基因的绝对丰度显著增加,分别为4. 1×10~9、8. 1×10~9和2. 0×10~9copies·g~(-1),添加PE微塑料的沉积物抗生素抗性基因丰度增加了近一个数量级,微塑料显著增加了沉积物抗生素抗性基因的绝对丰度; OLS回归分析显示,抗生素抗性基因丰度与转座子、整合子基因显著正相关,表明可移动遗传元件可能促进了抗生素抗性基因的迁移、传播和扩散.     

菌株WYT降解还原蓝4的关键基因

以印染厂活性污泥中筛选出的WYT菌株为研究对象,探索其对还原蓝4（VB4）染料降解脱色的关键基因.采用全基因组测序分析方法和同源重组法,确定染料代谢的可能关键基因.对该基因进行敲除,构建载体进行基因回补,设计表型验证实验验证基因的脱色效果.结果表明,该可能关键基因属于染料过氧化物酶基因中的B型,命名为DyP.敲除后的菌株对VB4没有脱色效果,基因敲除成功.WYT菌株与敲除载体发生双交换,获得回补株.在降解实验中,回补株对VB4的脱色率为96.04%,野生株的脱色率为96.95%,回补株恢复了对VB4的降解脱色能力,而敲除株几乎失去对VB4的降解能力,DyP基因是VB4降解脱色的关键基因.     

基于病毒宏基因组学鉴定水环境中噬菌体携带的新型耐药基因及其耐药特点分析

水环境作为耐药基因的存储库，为耐药基因的水平转移和新型耐药基因的产生提供重要场所.但到目前为止，对水环境中病毒携带耐药基因的特征及其功能还知之甚少.因此以南四湖和东平湖为研究对象，利用病毒宏基因组学结合体外实验的方法探讨水环境中病毒携带新型耐药基因的情况及其耐药特点.通过分析病毒基因组的片段（reads）和重叠群（contigs），鉴定出多种耐药基因，包括AAC（6’）、Qnr A、Van Y、Vat和β-内酰胺酶基因.值得关注的是，通过核心序列比对和进化分析，挖掘出两种噬菌体携带的新型β-内酰胺酶基因bla_NSDPV-1和bla_NSVM-1.最小抑菌浓度试验表明，这两种编码新型β-内酰胺酶的耐药基因对临床常用头孢类和碳青霉烯类抗生素具有一定的耐药性.综上所述，水环境中噬菌体很可能在新型耐药基因的产生和耐药基因散播中起着重要的作用.另外，病毒宏基因组学结合体外实验是发现噬菌体携带新型耐药基因的重要方法.     

冬季河流中抗生素抗性基因和微生物群落相关性研究

为分析冬季河流中tetA、tetB、sul1和sul2抗性基因的分布特征与微生物群落的相关性,用Miseq高通量测序分析和荧光定量PCR技术进行。冬季河流地表水中抗性基因丰度比沉积物中的高2个数量级,磺胺类抗性基因丰度比四环素类的高1个数量级。4种抗性基因总丰度变化范围为3.65×10~2～7.94×10~7copies/L。河流中Proteobacteria和Bacteroidetes为绝对优势菌群,河流地表水与沉积物中优势菌群略有不同。4种抗性基因对样本的影响较大,微生物群落与抗性基因之间相关性较大。4种抗性基因与河流地表水样本均呈正相关,沉积物中仅有sul1与WS1、QS1呈正相关,其他均呈负相关。抗性基因的传播仅与特定的菌群有关,大多数菌属是影响抗性基因分布丰度的主要因素,且对四环素类抗性基因影响的菌群较多。     

生活垃圾渗滤液处理过程中抗生素抗性基因的变化特征

抗生素抗性基因被认为是一种环境污染物,城市生活垃圾填埋场及其渗滤液中存在着多种类和高丰度的抗生素抗性基因.针对生活垃圾渗滤液处理工艺流程特点,本研究采用超高通量定量PCR技术,分析生活垃圾渗滤液处理过程中抗生素抗性基因的变化特征.结果表明,渗滤液处理使得出水抗生素抗性基因丰度减至9. 2×1010copies·L-1,降低了5个数量级,能有效消减渗滤液中的抗生素抗性基因,是一种有效消减垃圾渗滤液抗生素抗性基因丰度的方法;渗滤液出水中的抗生素抗性基因140种,检出率高达46. 7%,相较于自然环境,出水中抗生素抗性基因种类和丰度仍然维持在较高水平,直接排入市政污水管网可能造成抗生素抗性基因的二次扩散,存在着较高的生态环境风险;渗滤液中抗生素抗性基因与Cr、Cd、Ni、As、MGEs、integron和transposon呈现极显著的正相关关系,表明抗生素抗性基因的赋存和迁移传播可能受重金属元素和可移动遗传元件的共同影响.     

垃圾填埋场抗生素抗性基因初探

不同环境介质中抗生素抗性基因普遍存在,但是在垃圾填埋场中抗生素抗性基因尚无相关报道.本实验以西安江村沟垃圾填埋场为研究对象,采集不同方位不同深度垃圾样品,分析垃圾理化性质,用荧光定量PCR检测磺胺类抗生素抗性基因(sulⅠ和sulⅡ)、抗氯霉素类抗生素抗性基因(cat)、β-内酰胺类抗生素抗性基因(bla-SHV),以及四环素类抗生素抗性基因(tet W)等5种抗生素抗性基因的含量,以相关性分析垃圾理化性质与抗性基因的关联.结果表明,5种抗生素抗性基因均存在于垃圾中,基因拷贝数(以干土计)最大值分别为:(3.70±0.06)×108copies·g-1(sulⅡ)、(9.33±0.06)×106copies·g-1(sulⅠ)、(2.27±0.08)×105copies·g-1(tet W)、(3.68±0.09)×104copies·g-1(bla-SHV)和(1.39±0.10)×104copies·g-1(cat),说明垃圾填埋场是抗生素抗性基因潜在的储存库.抗性基因sulⅠ、sulⅡ和cat与含水率呈明显的正相关,同时sulⅠ和cat基因含量与p H值呈负相关.     

茅洲河流域民用井中耐药基因的分布特征与健康风险

抗生素的大量使用促进了抗生素耐药基因的产生与传播.地下水是重要的供水途径之一,然而地下水中耐药基因的分布特征与健康风险尚不清楚.采用高通量荧光定量PCR技术(high-throughput qPCR),分析了深圳茅洲河流域11口民用井中耐药基因的分布特征和多样性.结果表明, 11口民用井中共检出141种抗生素耐药基因和8种可移动遗传元件,其中磺胺类、多重耐药类和氨基糖苷类耐药基因的丰度最高.此外,民用井井水中也检出了临床重要的耐药基因,如超广谱β-内酰胺酶基因(blaSHV、blaTEM、blaCTX和blaOXA-1),万古霉素类基因(vanB和vanC-03)等.通过对耐药基因进行均一化计算,发现在民用井W7、 W8和W10的井水中,平均每个细菌携带有至少一个耐药基因,而W11井水中甚至每个细菌平均携带有4个耐药基因.磺胺类、多重耐药类、氨基糖苷类、β-内酰胺类以及氯霉素类耐药基因的丰度与可移动遗传元件的丰度均呈显著正相关(P0.01),表明民用井中可移动遗传元件可能促进了耐药基因在井水中的扩散.     

畜禽粪便生物处理与土地利用全过程中抗生素和重金属抗性基因的赋存与转归特征研究进展

抗生素抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)在全球范围内的传播已引起国际上的广泛关注.越来越多的证据显示抗生素和重金属对抗生素抗性基因在环境中的分布和传播起到了重要作用.畜禽粪便是环境中抗生素和重金属的主要污染源之一,并已成为抗生素抗性基因重要的蓄积库.生物处理(如厌氧发酵和好氧堆肥)和土地利用是畜禽粪便广泛应用的处理与处置方式.本文通过文献调研,综述国内外抗生素抗性基因和重金属抗性基因在畜禽粪便生物处理及土地利用全过程中的传播、分布及控制的研究进展,并对今后的研究重点和方向提出建议和展望,以期为我国畜禽养殖粪便的风险控制和资源化利用提供借鉴.针对畜禽粪便处理处置全过程中抗性基因的削减与控制,我们建议在以下方面开展深入研究:1抗生素抗性基因和重金属抗性基因在全过程中的赋存与转归特征;2生物处理工艺操作参数对畜禽粪便中抗性基因分布及其削减的影响;3加强综合管理研究,源头控制抗性基因;4研发适于全过程抗性基因的协同控制关键技术等.     

不同供水管材生物膜抗生素抗性基因分布特征

为了研究不同材质供水管道内壁生物膜中抗生素抗性基因分布特征和水平转移潜力,利用宏基因组测序对304、316 L不锈钢管和PPR、PE塑料管内壁生物膜进行了分析.结果表明,4种管材内壁生物膜中共检出17类146种抗生素抗性基因.多药类抗性基因在不同管材生物膜中的丰度最高且差别较大,是不同管材生物膜抗生素抗性基因差异的主要原因.不同管材生物膜中可移动遗传元件的总丰度水平较高,但整体上和抗生素抗性基因共存的比例较低,其中整合酶基因表现出和抗生素抗性基因更加密切的关系,可能在抗生素抗性基因的水平转移上发挥重要作用.不同的抗性基因拥有不同种类的潜在宿主,水杆菌属（Aquabacterium）、慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）等高丰度宿主是多药类抗性基因大量存在的基础.不同管材管壁生物膜中抗生素抗性的首要影响因素是细菌群落组成,其次是可移动遗传元件介导的基因水平转移;物种组成和可移动遗传元件共同塑造了抗性基因的分布特征.     

环境因子对脱氯功能念珠藻Nostoc PD-2降解多氯联苯过程中基因表达的影响

以分离筛选自多氯联苯污染水稻田中的脱氯功能蓝藻Nostoc PD-2为材料,两种典型的三氯代多氯联苯PCB28和PCB30为目标污染物,在不同的氮源、碳源和培养温度条件下,研究了脱氯功能藻种Nostoc PD-2中双加氧酶基因和细胞色素b6f复合体铁硫蛋白基因的表达情况及两种基因对脱氯作用的影响.结果显示,以硝酸钠作为氮源时,与氮气氮源组相比,PCB28和PCB30降解组中的两种基因均显著上调表达,双加氧酶基因的上调倍数分别为1.9和5.7倍,铁硫蛋白基因的上调倍数分别为1.1和1.7倍;添加碳酸钠时,与对照相比,双加氧酶基因最高上调了2.2倍,铁硫蛋白基因最高上调了3.4倍;提高温度对双加氧酶基因和铁硫蛋白基因的表达均有促进作用.相较于铁硫蛋白,双加氧酶基因相对表达量与PCB28和PCB30的脱氯百分比之间的相关系数分别为0.872和0.832,表明双加氧酶基因活性与功能藻种PD-2脱氯降解PCBs的相关性更高.本研究结果表明,不同环境因子可引起脱氯功能藻种Nostoc PD-2降解PCBs过程中双加氧酶基因和铁硫蛋白基因的差异表达,添加碳源对降解效果的促进作用最明显,脱氯功能藻种在工程应用中采用优化的环境条件有利于提高降解效率.     

城市生活污水和生活垃圾渗滤液抗生素抗性基因污染的比较研究

为研究城市生活污水(接收生活垃圾渗滤液后合并进入污水厂处理)和垃圾渗滤液中抗生素抗性的分布格局,采用高通量荧光定量PCR技术对城市生活污水和生活垃圾渗滤液中的抗生素抗性基因的多样性和丰度进行了分析.结果表明,生活垃圾渗滤液中检测出39种抗性基因,城市生活污水中检测出187种抗性基因,两者检出的抗生素抗性种类有显著差异(P0.05);相对于垃圾渗滤液,城市生活污水抗生素抗性基因有119种显著增加(P0.05),其中增加倍数最大的是转座子tnp A-04基因,blaVEB基因,分别达到了3 338倍和1 061倍,表明可移动元件转座子基因和β-内酰胺类抗生素抗性基因在城市生活污水中得到有效富集和传播;城市生活污水是环境抗生素抗性基因的重要存储库.     

纳污河流抗性基因和微生物群落相关性

通过Miseq高通量测序分析和荧光定量PCR技术,研究某纳污河流中四环素类与磺胺类抗性基因（ARGs）的分布特征、传播情况及微生物群落结构相关性.结果表明：在河流地表水与沉积物中均检测到四环素类抗性基因tetA和tetB与磺胺类抗性基因sul1和sul2,四环素类抗性基因和磺胺类抗性基因的绝对丰度分别为5.09×10³~1.26×10⁷,3.94×10⁵~1.32×10⁹copics/L,磺胺sul1抗生素抗性基因丰度显著高于其它基因;河流主要优势菌门为Proteobacteria,Bacteroidetes,Firmicutes,Actinobacteria和Cyanobacteria,其平均总相对丰度占总比例的95.62%,且总体差异较小.抗性基因与微生物群落冗余分析显示,Methylotenera菌属是影响tetA抗性基因分布丰度的主要因素,Dechloromonas和Clostridium sensu stricto 1菌属是影响tetB抗性基因分布丰度的主要因素,Dechloromonas、Clostridium sensu stricto 1和Methylotenera菌属是影响sul1、sul2抗性基因分布丰度的主要因素.