深圳近海水域可移动遗传因子的宏基因组学分析

论文摘要

近海水域环境由于受到人类活动的影响,容易产生细菌组成成分的变化。农场畜牧场的农兽药残留,工业区中的重金属残余,生活废水中的有机化合物污染,这些压力物质导致环境中细菌发生适应这种压力的进化。细菌群落中的可移动遗传因子主要包括质粒（Plasmid）和噬菌体（Phage）,质粒可以携带特殊的基因在细菌群落之间传递,进行水平基因转移,是细菌进化最重要的途径之一。本研究从不同的水域采集样品,通过使用氯霉素、卡那霉素、青霉素、有机化合物萘和营养物质酵母提取物模拟不同的压力条件,探究细菌和质粒的分布,及其携带的基因的规律,进而揭示环境、细菌、质粒和基因之间的相关性。我们采集了大沙河、深圳湾和蛇口港的水体样品并分析其细菌和质粒组成。通过对样品的16S rRNA分析发现,细菌在不同实验组中的组成成分显示出一定的规律性。相比于其他细菌,假单胞菌更容易在氯霉素和萘富集组中生存;除大沙河样品外,肠杆菌更倾向于在蛇口港和深圳湾样品的卡那霉素和青霉素富集组中聚集。此外,黄杆菌科的细菌在卡那霉素富集组中丰度占比达20%左右,在其他压力物质富集组中占比不明显,表现出一定程度上黄杆菌对于压力环境选择的特异性。研究质粒首先要对质粒进行分类,遵循传统质粒不相容性组的思路,样品数据集中一共发现了20个不同类型的质粒,该结果表现出了采样地中质粒复制模块的多样性,为质粒提供了适应更加多样化复杂环境的选择,提高了质粒在各种压力环境中存在的潜力。细菌对抗生素等药物的耐药性主要是由其携带的药物抗性基因决定的,而通过质粒携带抗生素抗性基因在细菌群落中发生水平传播会导致细菌群落在压力环境中的群体进化。通过分析抗生素抗性基因在质粒上的分布发现,抗生素抗性基因可能在发生着交叉抗性的进化,质粒多样性地分布大大提高了细菌群落地耐药潜力,人类面临细菌抗药性的问题越来越严峻,急需一种有效的措施解决细菌耐药性的问题。一般认为毒力因子主要承担细菌致病性的作用。通过对各样品组中细菌携带毒力因子的分析发现,涉及到侵袭力方面的毒力因子还可能增加宿主在不同压力环境中的竞争优势,提高细菌适应环境和维持自身生存的能力。通过分析不同的质粒类型与宿主细菌和富集环境之间的相关性发现,假单胞菌容易在强压力环境下存活且偏好携带SSB和KfrAN类型的质粒;西瓦氏菌、弧菌和嗜冷杆菌偏向于无压力环境中存活,且在这种无压力环境下这三种菌携带的Rep3类型的质粒相对较多;肠杆菌、沙门氏菌在青霉素组和卡那霉素富集组在相对较低压力的环境中丰度最高,但是在较强压力的环境和无压力的环境中也发现这两种菌的存在,这两种菌对环境的适应范围更广,在对不同质粒类型的携带上似乎没有明显的偏好,携带质粒类型的特点是类型丰富,丰度较平均。研究发现,质粒在压力环境中地移动性同样不容小觑,质粒的多样性有助于质粒适应不同地环境,且在一定程度上提高了细菌对环境地适应能力。通过本研究分析发现,不同的环境中适合不同类型的质粒存在,而一些特定类型的质粒也更偏向于寄存在一些特定类型的细菌中。根据对质粒这一结果的研究,具有重要的环境污染的指示作用。而且相对于细菌的全基因组,质粒的基因组较小,遗传操作、序列分析简单快速。开发和利用质粒作为环境污染标记物,评估我国近海的环境污染状况,对于深圳地区未来近海海洋的污染治理评估有着重要的意义。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘全

导师: 赵丽青,马迎飞

关键词: 近海水域质粒,生物信息学分析,质粒分类,抗生素抗性基因,不同环境中质粒分布特征

来源: 深圳大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 深圳大学

分类号: Q933

DOI: 10.27321/d.cnki.gszdu.2019.000524

总页数: 99

文件大小: 10091k

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