IncHI3型质粒及其衍生质粒的测序及比较基因组学分析

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目的:IncHI3型质粒可介导细菌间耐药基因的水平传播,促进细菌对多种环境条件的适应。本研究深入分析IncHI3型质粒及其衍生质粒的基因组学与生物信息学特征,旨在探究这些质粒骨架区和外源插入区的保守性与多态性,阐明耐药基因的遗传环境,为感染性疾病的预防和诊疗提供一定的理论指导。方法:选定实验室前期所收集的309株临床分离菌(均属于肠杆菌科细菌),通过筛查基因(包含16S r DNA、菌种特异性基因、耐药基因、以及IncHI3核心骨架基因)PCR扩增实验、改良Carba NP法检测碳青霉烯酶活性实验、以及药物敏感性实验,初步选定19株菌;提取初步选定的菌株基因组,对其进行二代测序和二代测序数据筛查分析,主要通过平均核苷酸一致性比对核定菌种、Res Finder库筛选耐药基因、以及Plasmid Finder和本地基因库筛选复制基因等骨架基因,最终选定8株菌;随后将8株菌进行三代测序,获得8个完整的新测序质粒序列,然后通过BLAST检索IncHI3核心骨架基因又纳入12个Gen Bank质粒,最后本研究进行20个质粒的生物信息学和比较基因组学分析,主要包括初步注释、精细注释、以及绘图。同时选择代表性菌株进行接合转移实验以验证质粒的接合转移能力。结果:1.本研究发现了含有单复制子(repHI3B)、双复制子(repHI3B+rep BIncFIB-6.1)、三复制子(repHI3B+rep BIncFIB-6.1+rep BIncFIB-8.1)的IncHI3型质粒,扩大了IncHI3型质粒的定义范围,即骨架区由复制基因repHI3B和IncHI3核心骨架基因(包含tra1和tra2、par ABC和ter)组成的质粒均可定义为IncHI3型质粒。2.本研究发现了IncFIB-6.1、IncFIB-8.1和IncFIB-6.1:8.1三种型别质粒,骨架区组成均是IncHI3核心骨架基因,然而缺少复制基因repHI3B,而是各自含有独特的复制基因谱,分别为rep BIncFIB-6.1、rep BIncFIB-8.1和rep BIncFIB-6.1+rep BIncFIB-8.1,它们为IncHI3型质粒的衍生质粒。3.本研究中IncHI3型质粒及其衍生质粒含有多种外源插入区,包括13个Tn1696相关区、5个MDR区、2个iuc区、13.8-kb bla SHV-12区、Tn6968、4个rel EB区、3个lac区、以及2个moa区,它们共携带49种耐药基因(涉及对19种抗菌药物的耐药)、2种毒力基因(iuc ABCD-iut A和rmp A2)、以及多种代谢基因(包含乳糖合成和钼蝶呤合成),而且外源插入区的插入导致其周围质粒骨架区的缺失、易位和倒位。4.质粒pW09308-HI3(IncHI3型质粒)和pE20-1FIB(IncHI3型质粒的衍生质粒),作为骨架区组成是IncHI3核心骨架基因的代表质粒,均可以通过水平接合转移实验转移至大肠杆菌受体菌中。5.本研究新发现两个新型的移动遗传元件(In1765和Tn7066)以及十个新命名的移动遗传元件(Tn6752、Tn6754、Tn6968和Tn7067-Tn7073)。结论:骨架区由复制基因repHI3B和IncHI3核心骨架基因(包含tra1和tra2、par ABC和ter)组成的质粒均可定义为IncHI3型质粒,IncHI3型质粒复制基因组成具有多样性;IncFIB-6.1、IncFIB-8.1和IncFIB-6.1:8.1型质粒属于IncHI3型质粒的衍生质粒,它们均共享IncHI3核心骨架基因,增强了质粒的稳定性;IncHI3型质粒及其衍生质粒均可自主接合转移,促进其携带的移动遗传元件和各种特性基因(包含耐药基因、毒力基因和代谢基因)传播和流行。
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