农业土壤是抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）的重要储存库。农业土壤通过作物种植和食物链途径与人类健康紧密联接，因此研究农业土壤抗生素抗性组对人类健康非常重要。环境中的重金属污染会对环境微生物释放选择压力，可能通过共选择作用使环境中抗生素抗性基因富集，从而加剧耐药性的传播扩散，危害公众健康。然而，环境的汞污染对农业土壤抗抗生素抗性组的影响仍然未知。

针对上述科学问题，我校水资源与环境学院赵忆讲师与中国科学院朱永官院士、华中农大刘玉荣教授、我校郭华明教授合作下，以我国典型长期汞污染区为研究对象，通过高通量qPCR基因芯片、宏基因组测序方法研究了不同种植方式下(水稻土和旱地土)汞污染农业土壤的抗生素抗性组，揭示了长期汞污染对农业土壤抗生素抗性组的影响（图1）。研究取得的主要创新性发现如下：

（1）我国汞污染区域的农业土壤中检测到大量抗生素抗性基因（图2）；

（2）不同种植方式(水稻土和旱地土)的农业土壤抗生素抗性组分布特征具有显著差异（图3）；

（3）长期汞污染农田土壤中抗生素抗性组的多样性、丰度都显著高于未污染农田土壤（图4）；

（4）汞作为选择元件可能通过共选择作用对农业土壤微生物组释放持续性的选择压力，从而影响农田土壤的抗生素抗性组（图5&6）。

图1图例摘要

图2 我国汞污染地区农田土壤中抗生素抗性基因分布情况

图3  不同种植方式(水稻土和旱地土)的农业土壤抗生素抗性组分布特征

图4 汞污染组与对照组的农田土壤中抗生素抗性组（抗生素抗性基因、基因移动元件）的多样性与丰度

图5 汞污染不同种植方式(水稻土和旱地土)的农业土壤抗生素抗性组的影响（a）网络分析揭示汞、汞抗性基因、可移动遗传元件、抗生素抗性基因的共现规律；（b）路径分析揭示汞对共现抗生素抗性基因的影响途径

图6 冗余分析揭示土壤理化性质、汞污染、地理分布参数、微生物群落结构及其他重金属对农田土壤中抗生素抗性组的贡献度

综上，研究结果表明在不同种植制度下，历史残留汞是农业土壤中抗生素抗性体的重要贡献者和驱动因子。本文认为，Hg污染可能会诱导ARGs的共选择过程，提高ARGs的水平基因转移的潜力，从而产生和公共卫生有关的高风险移动性ARG储存库。因此，Hg和其他重金属污染土壤在抗性进化过程中的作用值得更多的关注。土壤中的有毒金属，如汞，可在土壤中持续存在，因此可能比抗生素残留产生更持续的驱动作用。随着抗生素用量的减少和动物养殖系统的管理优化，汞及其他共选择元件在推动未来环境抗生素抗性组的发展可能变得更加重要。

上述研究成果发表在环境科学与工程领域国际权威刊物《Environmental Science & Technology》上：Yi Zhao*, Hang-Wei Hu, Jian-Qiang Su, Xiuli Hao, Huaming Guo, Yu-Rong Liu*, and Yong-Guan Zhu. Environmental Science & Technology，2021，55(20), 13913-13922, DOI: 10.1021/acs.est.1c04030

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.1c04030