水貂源铜绿假单胞菌的遗传进化分析与比较基因组学研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:summerquaner
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水貂出血性肺炎是由铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PA)引起的以出血性肺炎为特征的急性传染病。为阐明我国水貂源PA的流行病学、遗传进化、耐药性和基因组特点,本文对2007-2017年分离自患出血性肺炎水貂的107株PA和水貂养殖场土壤的8株PA菌株进行研究,获得如下结果。阐明了水貂出血性肺炎病原PA的生物学特性和致病特点。结果表明107株貂源PA血清型为G型86株,B型7株,I型3株,C型1株,D型1株,未分型9株,8株土壤PA分离株的血清型为G型4株,A型,E型,D型各1株,未分型1株;选取46株非同一次暴发菌株进行运动性、生物被膜和致病性研究,结果表明:PA的泳动阳性率为89%,群集运动阳性率为93%,抽动运动阳性率为26%;产生物被膜强的菌株为23株,中等强度菌株为22株,弱菌株为1株;45株菌可产生褐色或粉色色素;水貂的感染模型显示,除2株PA对小白鼠未致死外,44株分离株对小白鼠和水貂的LD50大小均分布在105 CFU-107 CFU之间。心、肝、脾、肺、肾等主要器官均有严重的病理变化,免疫组织化学观察发现PA在气管和肺泡壁上皮细胞中分布较多。以上结果表明水貂PA分离株和环境分离株有较强的致病力。为阐明PA的种群结构特点和遗传进化规律,通过脉冲场电泳(PFGE)和多位点序列分型(MLST)技术对分离菌株进行基因分型,完成了46株PA的全基因组测序并以此构建了Core-SNP进化树。PFGE结果表明同一次暴发的PA菌株均为同一个克隆。MLST结果表明貂源PA分离株具有种群多样性,菌株的ST型与人源分离株相同。Core-SNP结果表明人源PA分离株和水貂源PA分离株的遗传进化距离较远,发现了27株菌分离自不同年份的PA貂源分离株的(包括1株貂场土壤分离株)同源性100%,表明菌株在不同年份跨地区传播,貂场土壤菌株也是该病的感染源。测定了PA分离株的耐药性和耐药基因。结果显示,9株PA对喹诺酮类药物耐药(MIC:16μg/ml-256μg/ml),耐药原因为gyrA(Thr-83→Ile)和parC(Ser-87→Leu)基因位点突变;2株对磷霉素耐药(MIC=1024μg/ml),耐药原因为glpt(T220CGCCT226,△Ile74-Ala75)基因位点缺失。全基因组分析发现,46株PA染色体上共携带87种耐药基因。表明水貂源PA的耐药原因主要为染色体上的目标基因位点突变引起的。为阐明貂源PA与人源PA基因组的差异,将46株貂源PA与人源PA强毒株LESB58基因组进行共有特有基因、分泌系统、共线性比较分析,结果表明,貂源及环境分离株的特有基因、SNP突变、重复序列、RNA、基因组岛、分泌蛋白、次级代谢产物的种类与数量均比LESB58低。与人源PA株相比,vgrG和hcp基因的种类和数量均较少,推测T6SS分泌系统致病力较弱。水貂源强毒株WH10.3、D15与弱毒株WD15.3共线性比对出现基因的易位和倒置,推测弱毒株毒力减弱可能和大片段的插入与缺失有关。以上结果表明貂源分离株与土壤分离株的代谢和功能简单,可能是菌株接触的环境单一性的演化结果。构建了HY-3的基因缺失株△PA5155和△ygfA,并对其进行了功能验证。结果表明,HY-3△PA5155基因缺失株对小鼠的毒力(LD50)下降2.9倍(P<0.05),HY-3△ygfA基因缺失株对小鼠的毒力(LD50)下降2.6倍(P<0.01)。HY-3△PA5155基因缺失株对貂肺上皮细胞黏附力显著下降(黏附率,14.6%→11.23%)(P<0.01);HY-3△PA5155和△ygfA基因缺失株对氯霉素(CM),头孢噻肟(CEF)的抗药敏感性上升(MIC:CM,64μg/ml→32μg/ml;CEF,256μg/ml→64μg/ml)。结果表明PA5155和ygfA对PA的致病性和耐药性有影响,但不是PA的关键毒力因子。综上所述,本论文首次测定了PA貂源和土壤分离株的生物学特性和致病特点;通过PFGE、MLST和Core-SNP方法阐明PA种群结构特点和遗传进化规律;测定了PA貂源分离株的耐药原因;阐明了貂源PA与人源PA基因组的差异;分析了PA PA5155和ygfA基因的生物学功能。研究结果阐明了我国水貂出血性肺炎病原PA的致病特点和传播规律,为水貂出血性肺炎的防控及人类健康的防护提供理论依据。
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