朱永官院士领衔团队在ISME J发文揭示土壤塑料表面是抗生素抗性基因和潜在致病菌的“热区”

长三院土壤观察 2022-07-27

近日，朱永官院士领衔的团队在Nature旗下期刊The ISME Journal (IF5-year: 12.3)在线发表了题为“Soil plastispheres as hotpots of antibiotic resistance genes and potential pathogens”的研究论文，首次系统地揭示了土壤塑料表面是潜在致病菌和抗生素耐药性（抗性基因）的“热区”。

塑料已经成为人们日常生活中不可缺少的材料，由此带来了全球性的塑料污染。当塑料进入环境中后，将为微生物的繁殖提供新的场所。近些年，在环境领域，塑料无疑是最为“夺目"的人工材料，其对生物和生态系统的影响已引起公众和科学家们的广泛关注。塑料通过各种途径进入到环境中，而土壤成为塑料最重要的储库之一，但我们对土壤生态系统中塑料表面微生物中抗生素抗性基因和潜在致病菌的了解还很有限。

为了弥补土壤塑料表面微生物中抗生素抗性基因和潜在致病菌知识的不足，我们通过室内与野外实验相结合，采用16S扩增子测序、高通量定量PCR和宏基因组测序相结合的手段，系统研究了四种典型的塑料在三种不同类型土壤中的塑料表面微生物和抗生素抗性基因的变化，同时探讨了全球变化场景下塑料表面抗性基因和潜在致病菌的变化趋势。并进一步利用中性群落模型探讨塑料表面微生物的随机过程和确定性过程对抗性基因变化的贡献差异。

结果表明，土壤塑料表面富集了特殊的细菌群落，这些细菌群落参与众多重要的土壤生态过程，暗示着塑料表面微生物群落对土壤生态系统具有重要作用。共现性网络分析暗示塑料表面细菌群落之间以合作关系为主。中性群落模型表明随机过程主导了塑料表面细菌群落的构建，但确定性过程在解释塑料表面抗生素抗性基因的差异方面更为重要。在塑料表面细菌群落中检测到了大量的抗生素抗性基因和潜在致病菌，但不同土壤类型和塑料间存在明显差异。进一步，我们发现猪粪的添加、土壤温度和湿度的增加均增加了塑料表面抗生素抗性基因的丰度，且土壤湿度的增加显著增加了潜在致病菌的丰度。这些结果表明，潜在致病菌和抗生素抗性基因在共同的栖息地塑料表面中富集，需要引起特别的关注，尤其在全球变化日益加剧的今日。同时我们的发现表明群落生态学的理论可以为土壤塑料表面中微生物和抗生素抗性基因的研究提供新的见解。

图1 土壤塑料际细菌群落的共现模式

图2 土壤塑料际细菌的功能预测与潜在致病菌和抗生素抗性基因的丰度

该研究得到了国家自然科学基金（41991332, 42090063和42077216)的资助。中国科学院生态环境研究中心助理研究员朱冬为第一作者，朱永官院士为通讯作者；中国科学院城市环境研究所副研究员李刚和助理研究员马军以及德国柏林自由大学Matthias C. Rillig教授为该项研究的共同作者。

原名：Soil plastispheres as hotpots of antibiotic resistance genes and potential pathogens译名：土壤塑料际是抗生素抗性基因和潜在致病菌的“热区”期刊：ISME JIF2021：10.302发表时间：2021.08.28通讯作者：朱永官原文链接：https://www.nature.com/articles/s41396-021-01103-9全文开放链接:https://rdcu.be/cwg4e编辑：朱慧静审核：徐炳祥

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