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文献发表MARKET DYNAMICS
  • 非洲淡水生态系统日益受到快速城市化以及由此产生的住宅、工业和土地覆盖变化带来的污染的影响。在Addis Ababa及其周边地区,大多数城市废水未经处理就排入河流。本研究通过培养和分子微生物学方法,对内酰胺酶(ESBL)产生和抗生素耐药性细菌进行研究,全面描述了城市污水和Akaki流域河流中(6个地点)的细菌危害。

     

     

    英文标题: Spatiotemporal variation in urban wastewater pollution impacts on river microbiomes and associated hazards in the Akaki catchment, Addis Ababa, Ethiopia

    标题译名:埃塞俄比亚的斯亚贝巴阿卡基流域城市废水污染的时空变化对河流微生物群落和相关危害的影响

    发表时间:2022.02.18

    发表期刊:Science of the Total Environment (IF:7.963)

    测序区段:16S rRNA基因全长

     

    研究策略

     

     

    1)分别在旱季(2月)和湿季(8月),根据土地利用类型、河流社区用水和潜在污染源选择6个地点采集河流水样

    2)粪便大肠菌群、粪便链球菌、产ESBL总大肠菌群和大肠杆菌的计数

    3)16S rRNA基因的扩增和Nanopore测序

     

    主要研究结果

     

    1、 粪便和产ESBL的大肠菌群

    粪便大肠菌群(FC)和产ESBL大肠杆菌的浓度在河流采样点和季节之间差异显著,相互作用显著,而粪便链球菌(FS)和产ESBL总大肠菌群(TC),只在采样点有统计学显著差异。所有大肠菌群类型中,最上游位点(S1)与所有其他位点都存在显著差异。与处理过的废水相比,未处理的(WWInf)中大肠杆菌的数量均显著增加,并且湿季城市污水中产ESBL大肠杆菌量显著低于旱季(图1)。

     

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    图1  a)粪链球菌,b)粪大肠菌群,c)产ESBL总大肠菌群的和d)产ESBL大肠杆菌在不同采样点和不同季节的数据

     

    2、 细菌群落结构

    河水样本分组根据采样地点和季节有明显差异。主成分分析(图2)沿季节对河流样品进行了分离。旱季的河水样本显示废水污染指标弓形杆菌属和气单胞菌属的流行率很高,下游河流样本与未处理的城市废水样本最接近。湿季的河水样品通常以土壤相关细菌为特征,如LegionellaVicinamibacter

     

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    图2 旱季和湿季16S rRNA基因测序数据的主成分分析

     

    3、 源追踪分析

    在旱季,与WWEff相似的细菌群落成员对河流水群落的贡献最大(图3a),在S3和S6这两个城市采样点最为显著。在湿季,来自最上游位点S1的淡水细菌对下游河流水群落的贡献更突出,来源不明的细菌也有突出的贡献(图3b)。在旱季,各站点WWEff群落的贡献均高于湿季。与此相反,所有站点的未知来源的贡献在湿季均高于旱季。

     

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    图3 不同来源微生物群落对旱季和湿季河水汇微生物群落的贡献

     

    4、 人体肠道相关细菌属的聚类分析与热图

    结合16S rRNA基因测序数据和qPCR定量的基因拷贝数,对样品中含有人体肠道相关细菌和人体假定病原体的属的绝对丰度进行了估算。

     

    图4为人类肠道相关细菌属的绝对丰度估计的二维层次聚类分析。SC1簇,其特征是相对低丰度的人类肠道相关细菌。该集群包括来自最上游S1站点的所有样品和旱季S5站点的样品。在SC2簇中,大多数丰度较高的人类肠道相关细菌被分离出来,包含了大部分的污水处理厂样本。在SC3b簇中有一个分支,将河流水样S2-6从湿季分离出来,与包含相应的旱季样本的SC3a簇分开。

     

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    图4人类肠道相关细菌的层次聚类分析和秩属热图

     

    5、 粪便污染和假定病原体标记基因的检测

    多个标记基因的转化浓度在河流采样点和季节之间差异显著。在所有标记基因中,最上游的农村位点S1与其他位点显著不同,具有最低的基因浓度。在粪便污染和病原标记基因方面,城市位点S3与其他位点差异显著,是湿季唯一能检测到rodA、HF183ompW基因的位点。旱期除S1位点外,所有河流水样均检测到ciaB 基因。除ompW基因外,其余标记基因在旱季WWEff中均被检测出来(图5)。

     

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    图5 qPCR定量的a) 巴氏弧菌 (ciaB)、 b) 大肠杆菌 (rodA)、 c) 人宿主相关拟杆菌 (HF183)和d)霍乱弧菌(ompW)标记基因

     

    6、 不同数据集之间的相关性

    平板计数、qPCR和相应的NGS数据之间存在正的Spearman相关性,表明不同细菌危害评估方法的结果总体上具有良好的一致性。大多数Spearman相关系数在0.4-1.0之间,具有统计学意义(图6)。

     

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    图6 用平板计数、qPCR、测序等不同方法测定的不同微生物水质指标之间的相关性分析结果

     

    研究结论

     

    水传播的危害程度在流域和季节之间的变化较大,危害程度和性质的时空变化显著。上游的粪便污染相关危害较低,但在下游,细菌危害明显与人类污水污染有关,并且在河水用于灌溉的旱季时升高。除了最上游的采样点外,Akaki 河流域的地表水质量都超过了灌溉用水标准。未来的工作应将观察到的河流中细菌危害的时空变化与对人口与河流相互作用的时空变化的观察相结合,以进行定量的微生物风险评估。

     

    原文链接

    http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153912

     

    本期关键词推荐:微生物多样性、ONT-全长16S、ARGs、微生物组、肠道微生物、16S

  • 概述

     

    Poly(A) 尾是真核生物 mRNA的重要特征,在细胞质poly(A) 结合蛋白(PABPC)的作用下,在促进 mRNA的翻译和保护 mRNA的完整性方面起着至关重要的作用。Poly(A)尾的长度受Poly(A)聚合酶和去腺苷酶的动态调控,Poly(A)尾缩短到一定的阈值可以释放 PABPC,并引起 mRNA衰变。越来越多的证据表明,改变Poly(A)尾长度在调节基因表达中起着重要作用。因此,构建一个不同的物种,不同的组织类型的Poly(A)综合图谱,将极大地促进植物Poly(A)调控的研究。

     

    该研究构建了不同物种,不同组织的Poly(A)综合图谱。在大多数组织中,Poly(A)尾在~20nt和~45 nt处出现峰值,而花粉中的Poly(A)尾则在~55nt和~80 nt处出现峰值。此外,Poly(A)尾长以基因特异性方式调节——半衰期短的mRNAs通常有较长的Poly(A)尾,而半衰期长的mRNAs具有相对较短的Poly(A)尾。在不同物种中,细胞核中的Poly(A)尾几乎是细胞质中的两倍长,表明在mRNA在细胞质中稳定之前,Poly(A)尾就发生了快速缩短过程。该研究将为探索Poly(A)长度的动态调控及其在植物基因表达调控中的作用提供一个重要的资源。

     

    材料与方法

     

    作者进一步优化了FLEP-seq 方法,并使用新发布的 Nanopore PCR-cDNA 测序试剂盒简化了文库构建,该试剂盒使用无连接酶快速连接测序接头,无ds-cDNA 修复、加A尾和接头连接步骤——将该方法命名为 FLEP-seq2。

     

    提取了拟南芥的七种不同组织(幼苗、根、芽、叶、花序、种子、花粉)的总 RNA,以及三种重要作物的茎组织:玉米,水稻,大豆,每个样品两个生物学重复(图1d)。共构建了 20 个 FLEP-seq2 文库,每个文库都使用 MinION 芯片进行测序,

     

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    图1  FLEP-seq2 构建植物Poly(A)尾图谱

     

    结果

     

    FLEP-seq2和 DRS 得到的总体Poly(A)长度分布高度相似。FLEP-seq2的两个生物学重复高度一致的,获得的全长信息可以同时获得每个转录本的剪接状态、Poly(A)位置和Poly(A)尾长(图1c)。表明,FLEP-seq2 是一种用于测量 Poly(A) 尾长的无偏、稳健且高通量的方法。

     

    使用FLEP-seq2方法,共获得约 1.21 亿+  Poly(A)  reads(图 1d)。所有reads的 Poly(A)尾在~20 nt和~45 nt出现峰值(图1d,图1e)。在大豆和玉米等样品中也观察到~70 nt 处的峰值(图 1e)。这些峰通常间隔25 到 30 nt(图 1e),与PABPC 蛋白的足迹一致,表明植物中大部分 mRNA受到 PABPC 的保护。

     

    为了研究不同基因Poly(A) 尾长的差异是否起源于新生 RNA,作者分析了拟南芥、水稻、大豆和玉米细胞核中新生 RNA的 Poly(A) 尾长。令人惊讶的是,核 RNA的Poly(A) 尾中值长度几乎是总 RNA的两倍(图2a)。总 RNA中含有内含子的转录本比完全剪接的转录本具有更长的 Poly(A) 尾(图 2b、2c),且含有内含子的转录本Poly(A)尾长度与核RNA的转录本Poly(A)尾长度相似(图2b,2d)。表明在剪接完成后,在细胞质中稳定之前,Poly(A)尾就会发生快速缩短过程。

     

    图2 细胞核的Poly(A)尾比细胞质的长

     

    此外,在4个物种中,约1/5的剪接异构体(不包括内含子保留)的Poly(A)尾长显著长于主要异构体 (图2e)。表明,新生 RNA具有长的Poly(A)尾,成熟mRNA的全局性去腺苷酸化发生在植物细胞的细胞质中。

     

    利用已报道的 Arabidopsis mRNA半衰期的全基因组数据集,作者发现最不稳定转录本(即 mRNA半衰期最短的转录本)的 Poly(A)尾主要在70-150nt内富集。相反,稳定转录本的 Poly(A)尾显著短于核新生 RNA,通常在20-80nt 范围内富集(图2g,2h)。表明,稳定的 mRNAs 最初经历了去腺苷酸化,但随后被PABPs保护以防止进一步去腺苷酸化和衰变。

     

    作者研究了Poly(A) 尾长是否存在组织特异性。虽然Poly(A)尾在大多数组织中的分布是相似的,但在花粉和种子中的分布模式不同(图1d,图3a)。其他组织的Poly(A)尾在20-30 nt 和40-60 nt 处富集,花粉的Poly(A)尾主要在40-60 nt 和70-90 nt 处富集(图1d,图3a),说明花粉转录本可能受到更多聚合酶的结合和保护。与花粉类似,种子中的转录本也具有较长的Poly(A)尾(图1d,图1e,图3a)。表明,PABPs 对花粉和种子具有较强的保护作用,与前人的研究结果一致,即花粉和种子中的 mRNAs 通常是稳定的。

     

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    图3 植物Poly(A)尾的组织特异性和进化保守性

     

    不同物种的Poly(A)长度分布非常相似,但也表现出一些差异(图1d,图3c)。与拟南芥相比,水稻茎有更多的带有极短Poly(A)尾的转录本(图1d) ,更多的基因的 Poly(A)长在10-20nt 处有一个峰值(图3c) ,因此中值 Poly(A)尾较短(图1d)。相比之下,玉米和大豆,特别是大豆,Poly(A)极短的转录本较少,但Poly(A)尾较长的转录本较多(图1d,图3c) ,且在60-80 nt 中表现出更高的峰值 (图1d,图1e) ,这可能是受PABPs 保护的转录本。尽管存在这些差异,同源基因的Poly(A)尾长在不同物种间显著相关 (图3d),图3e展示了几种转录因子在不同物种中的Poly(A)尾长分布。表明,同源基因的Poly(A)尾长在不同物种中相对保守,可能进化选择的结果。

     

    总结

     

    该研究构建了不同物种,不同组织的Poly(A)综合图谱。在大多数组织中,Poly(A)尾在~20nt和~45 nt处出现峰值,而花粉中的Poly(A)尾则在~55nt和~80 nt处出现峰值。此外,Poly(A)尾长以基因特异性方式调节——半衰期短的mRNAs通常有较长的Poly(A)尾,而半衰期长的mRNAs具有相对较短的Poly(A)尾。在不同物种中,细胞核中的Poly(A)尾几乎是细胞质中的两倍长,表明在mRNA在细胞质中稳定之前,Poly(A)尾就发生了快速缩短过程。该研究将为探索Poly(A)长度的动态调控及其在植物基因表达调控中的作用提供一个重要的资源。

     

    文章链接:

    https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.01.21.477033v1.full

     
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