水平基因转移及其在污染修复中的应用

水平基因转移加速了部分生物体基因组的进化和革新;但随着基因改造生物的大量运用,由水平基因转移引起的生态安全问题越来越成为人们争论的焦点.由于大量异生污染物的产生,污染地区成为细菌水平基因转移的一个"热点"区域.为了实现污染地区的生物修复及强化难降解废水处理的效果,人为的制造和加快特定降解基因的水平转移被认为是解决这些问题的一个新思路.图2参57     

生物膜中水平基因转移及其促成的生物强化作用

阐述了生物膜系统中与降解基因有关的水平基因转移的研究进展,表明生物膜中致密的群落结构增加了细菌间水平基因转移的效率.近年发展起来的研究策略和新的分子生物学方法使人们能对自然和人工模拟状态下的水平基因转移进行更精细的分析,降解基因在环境中的水平传播促进了难降解有机物的生物降解,尤其是携带降解基因的接合质粒向原位细菌种群中的转移在生物强化中具有巨大的潜力.参23     

环境中抗药基因水平转移研究进展

抗药基因是一种新型环境污染物,一旦被致病菌获得,将导致抗生素的临床使用失效,从而危害公共健康。抗药基因可通过转移因子在细菌间传播,加剧抗药基因的扩散效应,提升了环境健康风险性,因此抗药基因水平转移受到了越来越多的关注。本文介绍了抗药基因水平转移的分子机制,总结了不同环境中各种抗药基因水平转移途径的研究现状,并对该领域将来的研究方向提出了展望,以期为环境中抗药基因的调查评估、污染控制及合理管理提供理论参考。     

非抗生素类新污染物影响质粒携带的抗生素抗性基因(ARGs)水平转移研究进展

人们通常认为抗生素的选择压力是造成抗生素抗性基因快速扩散的原因,但是越来越多的研究表明环境中非抗生素类新污染物也能够造成抗生素抗性基因快速扩散。本文对非抗生素类新污染物影响质粒携带抗性基因水平转移规律和机制研究进展进行了归纳总结。目前的研究大多集中在内分泌干扰物、药品及个人护理产品以及纳米材料影响R质粒携带抗生素抗性基因水平转移,相关机制主要关注非抗生素类新污染物对活性氧、应激反应以及细胞膜通透性的影响。持久性有机污染物影响质粒携带抗性基因水平转移规律以及非抗生素类新污染物对其他质粒携带的抗生素抗性基因水平转移规律和其他类型的机制可以作为未来的研究方向。     

不同生态系统中细菌遗传物质的转移

核苷酸序列分析和全基因组序列分析表明,细菌的进化通常是由于不同种属之间遗传物质水平转移而推进,基因转移的主要方式有转化、转导和接合,本文综述了有关自然界不同生态系统中细菌遗传物质转移的研究,这些研究可以促使更好地评估基因的水平转移,同时在农业生产或环境补救时人们会特意向环境中释放天然或重组细菌,了解环境中基因的水平转移对于安全评估这些细菌造成的后果也是必需的,参46     

三种类型油菜(Brassica spp.)和野芥菜(B. juncea var.gracilis Tsen et Lee)杂交亲和性及F1的适合度--潜在基因转移的研究

通过人工去雄授粉，采用荧光显微镜观察了3种类型栽培油菜花粉在两地采集的野芥菜柱头上的萌发生长情况，结合杂交后的结实率，探讨了3种类型油菜和野芥菜杂交的亲和性．结果表明，甘蓝型油菜和芥菜型油菜与野芥菜的亲和性都非常高，亲和性指数达10．0以上，而白菜型油菜和野芥菜的亲和性较低，亲和指数小于0．2．子一代的适合度研究结果表明，芥菜型油菜向野芥菜杂交一代的适合度没有降低，而甘蓝型及白菜型和野芥菜杂交一代的适合度明显下降，表现在花粉活力降低，结实率极低．上述结果表明，白菜型油菜和野芥菜的基因转移可能性最小，甘蓝型居中，而芥菜型极易向野芥菜发生基因转移．     

抗生素单一及联合暴露对RP4质粒介导的抗性基因水平转移的hormesis效应研究

抗生素滥用导致的抗性基因(ARGs)泛滥问题引起人们的日益关注。目前关于抗性基因的研究主要集中在环境监测方面,但是关于抗生素对ARGs传播的影响研究还相对缺乏。质粒是ARGs传播的重要载体,因此以基于RP4质粒的大肠杆菌(E.coli)接合转移体系为研究对象,探讨了盐酸四环素、甲氧苄啶、磺胺氯哒嗪、磺胺异唑在单一暴露条件下对RP4质粒接合转移的影响。根据单一暴露的结果设计混合抗生素的浓度比,探究抗生素联合暴露实验对质粒接合转移的影响。结果表明:在单一暴露条件下,只有盐酸四环素对含有四环素抗性的RP4质粒的接合转移频率有低促高抑的hormesis效应;在联合暴露条件下,对RP4质粒接合转移无促进作用的抗生素会抑制四环素的hormesis效应,这一定程度上降低了抗生素的环境风险。并且用受体理论解释了抗生素对质粒接合转移的hormesis效应产生机制,为目前尚无定论的hormesis受体理论机制提供了证据支持。     

抗生素抗性基因在土壤中积累、转移与消减的研究进展

细菌耐药性给人类健康及公共卫生带来巨大的威胁。土壤尤其是农业土壤是环境中抗生素抗性重要的源库。为减少抗生素抗性基因(ARGs)的传播风险,了解其在土壤中的传播规律非常重要。通过总结分析国内外发表的相关文献,对目前ARGs在土壤中的积累、转移情况及消减特征进行了综述。已有调查结果发现,农业发达及经济发地区土壤是ARGs积累的热区。有机肥施用及污水灌溉等原因导致ARGs在土壤中持续积累,其丰度可达10² gene copies/16S rRNA gene copies。胞内抗生素抗性基因(i ARGs)、胞外游离抗生素抗性基因(eARGs)是ARGs的两种赋存形态,其中,i ARGs是主要的赋存形态。i ARGs通过接合转移、转导在土壤中传播,其中接合转移是目前研究最多及最主要的水平转移方式。eARGs通过转化在土壤中传播。胞外DNA可以在土壤中留存几个月甚至一年以上,由于检测方法的限制eARGs在土壤中的自然转化并不经常被发现,因此,对土壤eARGs的风险研究有所忽略。外源ARGs进入土壤后的命运受到ARGs种类、形态、土壤特性、污染物等因素的影响。ARB进入土壤后...     

信息素调控质粒介导的粪肠球菌耐药基因接合转移机制研究进展

粪肠球菌是一种在自然环境中广泛存在的革兰氏阳性细菌.由于其特殊的耐药机制及高频率的耐药基因转移方式,导致了环境中耐药粪肠球菌的广泛传播,生态安全形势严峻.其中,信息素应答质粒介导的粪肠球菌耐药基因的接合转移是造成粪肠球菌耐药基因快速扩散的重要方式.本文回顾了近些年关于信息素应答质粒接合转移的研究成果,分析总结了接合转移的必要条件、正负调控信息素对接合转移的调节作用,并以携带四环素抗性的质粒pCF10为例简要探讨了接合转移相关基因、蛋白的调控机制,旨在更加全面地揭示粪肠球菌的耐药基因传播机制,为耐药细菌的基因转移机制研究提供参考.     

信息素调控质粒介导的粪肠球菌耐药基因接合转移机制研究进展

粪肠球菌是一种在自然环境中广泛存在的革兰氏阳性细菌.由于其特殊的耐药机制及高频率的耐药基因转移方式,导致了环境中耐药粪肠球菌的广泛传播,生态安全形势严峻.其中,信息素应答质粒介导的粪肠球菌耐药基因的接合转移是造成粪肠球菌耐药基因快速扩散的重要方式.本文回顾了近些年关于信息素应答质粒接合转移的研究成果,分析总结了接合转移的必要条件、正负调控信息素对接合转移的调节作用,并以携带四环素抗性的质粒pCF10为例简要探讨了接合转移相关基因、蛋白的调控机制,旨在更加全面地揭示粪肠球菌的耐药基因传播机制,为耐药细菌的基因转移机制研究提供参考.     

湖南石门雄黄矿区矿样中的砷氧化细菌的分离及鉴定

绿色的生物学方法处理含砷废水,对于缓解工业发展所带来砷污染问题,提高居民健康生活质量具有重要意义。以湖南石门雄黄矿区的尾矿池积水（SY）、地下400 m处的矿坑水（NY）和尾矿池底泥表层（XY）3个样本为研究对象,利用细菌富集和多次传代的方法,从这3个环境样本中获得可氧化三价砷的3个菌群。在砷质量浓度为l~5 g·L-1的培养基中分别检测上述3个菌群的耐受能力,发现在砷质量浓度高达5 g·L-1的条件下,上述菌群均能在2~3 d内达到109 cells·mL-1。利用上述菌群处理l g·L-1亚砷酸钠溶液,SY、XY和NY菌群可分别在25、20和35 h内将三价砷完全氧化,并且使溶液中的总砷质量浓度降低66.7%。进一步对3个菌群进行多次平板分离,利用五价砷和硝酸银的颜色反应,获得11株可氧化三价砷的目的菌株。对这些菌株16S rDNA进行NCBI的BLASTN序列比对发现,菌株SMY24、SMY33、SMY22、SMY32、SMY21和SMY31均属于假单胞菌属（Pseudomonas）,菌株SMY104属于不动杆菌属（Acinetobacter）,菌株SMY17、SMY25、SMY9和SMY1在所有的已知序列中,最大的相似率只有91%,最小的相似率为76%,且都是未曾报道纯培养的细菌。对这些菌株三价砷氧化能力进行测定发现,其中菌株SMY104和SMY21在20 h内能将三价砷几乎完全氧化。通过对这些菌株三价砷氧化酶基因进行初步检测,发现了多个菌株具有三价砷氧化酶基因（AoxB）。     

糯稻和非糯稻蜡质基因的新STS分子标记

通过对前人公布的糯性水稻蜡质基因全序列测定结果的分析,根据糯性水稻与非糯性水稻蜡质基因序列位点的差异,设计了两个基于PCR扩增反应的可特异识别糯性水稻的显性和共显性STS分子标记;同时在前人公布的非糯性水稻蜡质基因的不同类型(Wxa和Wxb)的全序列比对分析的基础上,选取了两种基因型特定的差异位点,设计了两个基于PCR扩增反应用于特异识别这两种Wx基因的显性STS分子标记,并用新建立的标记对相应的水稻基因型进行了检测.图2表2参10     

受体报告基因实验及其在维甲酸和维甲酸X受体干扰物监测中的应用

受体报告基因实验具有快速、经济、灵敏、方便等诸多优势,在高通量筛选类或抗雌雄激素等通过核受体起作用的环境内分泌干扰物方面得到了广泛的应用。环境中的维甲酸和维甲酸X受体干扰物如有机锡等有着类似的作用机制,研究者也开始采用受体报告基因实验的方法对该类污染物进行筛选与监测。本文综述了受体报告基因实验的技术方法,包括报告基因和宿主细胞的选择,并介绍了该方法在人工合成的维甲酸和维甲酸X受体干扰物筛选以及环境样品中该类污染监测中的应用。综述总结了应用受体报告基因实验检测环境内分泌干扰物研究中的不足并对该方法的未来发展进行了展望,希望为该方法在环境监测和评估中的应用提供新的思路。     

悬浮物对褐牙鲆抗氧化酶活性及相关基因表达的影响

为探究褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)幼鱼抗氧化系统酶活力及相关基因表达在悬浮物胁迫下的变化情况,设计了浓度为5 000、10 000 mg·L-1悬浮物水体对褐牙鲆(14.53 cm±1.58 cm)肌肉、肝脏、鳃及血液总超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽转移酶(GST)、过氧化氢酶(CAT)酶活力及SOD2、GST、CAT的mRNA转录水平表达变化情况。结果显示:在悬浮物胁迫24 h或者48 h时,4种组织3种酶活力具有升高的趋势(P0.05);4种组织的T-SOD酶活力在96 h均高于对照组(P0.05),肌肉、鳃丝及血液中SOD2基因相对表达量96 h实验组低于对照组(P0.05);肌肉中CAT酶活力呈现先升高再降低趋势,鳃中CAT基因相对表达量呈现先降低、再升高、再降低的趋势;肝脏、鳃、血液中GST酶活力在悬浮物胁迫下呈现升高趋势,4种组织GST基因相对表达量在12~24 h时呈现升高趋势。研究表明:悬浮物对褐牙鲆抗氧化酶活力及相关基因的表达具有一定的影响,血液中3种酶活力变化幅度最大,鳃中3种基因相对表达水平变化幅度最大,这与血液及鳃参与呼吸作用过程有关;抗氧化酶活性及基因相对表达变化趋势并不完全一致。本研究可为揭示褐牙鲆应对悬浮物胁迫的耐受机制及褐牙鲆耐悬浮物品种选育提供基础数据。     

四溴双酚A对赤子爱胜蚓的生长和基因表达的影响

试验采用人工土壤法,通过14 d急性毒性试验,研究了不同剂量TBBPA对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)生长、基因表达的影响。在14 d急性毒性试验中,随着暴露时间和浓度的增加,蚯蚓生长受到了显著抑制,未出现死亡现象。超氧化物歧化酶(SOD)的基因表达量在低浓度(50 mg·kg-1)时受到诱导上调;谷胱甘肽转移酶(GST)的基因表达量在400 mg·kg-1染毒组受到明显诱导,是对照组的8.73倍;热休克蛋白(Hsp70)的基因表达量在50、100和200 mg·kg-1染毒组被诱导上调。基因表达量的变化显示,在50、100、200 mg·kg-1浓度条件下,蚯蚓可以利用自身的抗氧化能力维持体内的动态平衡稳定,使得机体免受损伤。但是在超过400 mg·kg-1浓度后,TBBPA的毒性效应超过了机体的应对能力,使机体遭受损伤,外在特征主要表现为蚯蚓身体蜷缩、变细变硬。从生物标志物角度,基因表达量的变化对TBBPA毒性效应的指示作用较生长抑制率更为敏感。