SGI1家族整合性可移动元件介导IncA和IncC质粒接合转移排斥的机制研究

本研究揭示了SGI1家族整合性可移动元件通过其保守骨架区域介导对IncA/IncC质粒的接合转移排斥现象。研究人员通过天然变异体对比和功能互补实验，发现缺失traHG-S010和S013-S014区域的SGI1-LK1丧失排斥能力，证明该区域存在新型排斥决定因子，为理解可移动元件与质粒互作提供了新视角。

　　

在细菌耐药性传播领域，整合性可移动元件（IME）与接合性质粒的相互作用一直是研究热点。SGI1及其变体作为依赖IncA和IncC质粒进行接合转移的IME，虽需借助这些质粒的转移机制进入新宿主，但长期共存却呈现不稳定性。更令人困惑的是，前期研究发现SGI1向新宿主转移时竟不受受体细胞内IncA/C质粒的影响，而质粒向含SGI1的受体细胞转移时是否受排斥却未有研究。这种不对称现象暗示SGI1可能具备主动排斥IncA/C质粒的能力，但其分子机制完全未知。

为破解这一谜题，澳大利亚悉尼大学的研究团队在《Plasmid》发表了系统性研究。他们通过接合转移实验、基因敲除与功能互补策略，结合转录分析技术（包括RT-PCR和qRT-PCR），揭示了SGI1介导质粒排斥的遗传基础。研究使用临床分离的天然SGI1变体（SGI1-I、SGI1-K、SGI1-LK1等）和IncA/C质粒（pRMH760、pEc158、RA1），在recA缺陷的大肠杆菌UB1637系列菌株中开展定量接合转移实验，并通过Gibson Assembly构建了系列重组质粒进行功能验证。

3.1. SGI1变体在受体中降低IncC质粒接合转移

研究发现当受体染色体携带完整骨架的SGI1-I时，IncC质粒pRMH760和pEc158的接合转移频率分别下降100倍和99倍。类似地，SGI2（另一家族成员）也使pRMH760转移频率降低240倍。所有转接合子均保留SGI1的抗性标记，证实排斥发生于转移初期而非后续丢失。

3.2. SGI1变体抑制IncA质粒接合转移

IncA质粒RA1向含SGI1-D的受体转移时频率下降40倍，证明SGI1对IncA和IncC质粒具有广谱排斥作用。

3.3. SGI1-K与SGI1-LK1的差异性排斥现象

关键发现出现在天然缺失变体：SGI1-K（缺失2.78 kbp traN-S009区域）仍能介导显著排斥（pRMH760下降15倍，pEc158下降130倍），而SGI1-LK1（缺失8.57 kbp traN-S013区域）完全丧失排斥能力。这表明排斥决定因子位于SGI1-K保留但SGI1-LK1缺失的5.79 kbp区域内。

3.4. S010与traH-traG共转录

转录分析揭示traH、traG和下游S010构成共转录单元，重叠碱基和RT-PCR证实三者共享同一转录本。qRT-PCR显示AcaCD诱导后traH、traG和S010表达分别上调350、458和35倍，证明其受质粒转移主调控因子直接激活。

3.5. traHG-S010区域功能验证

通过阿拉伯糖诱导表达载体pBAD33.1提供traHG-S010、traHG或traH片段，均未能恢复SGI1-LK1的排斥功能，即便与S013-S014联用仍无效果，暗示排斥机制需要染色体背景或多因子协同作用。

3.6. S013-S014共转录及其功能

发现S013与S014以4 bp重叠形成共转录单元，但单独或联合表达该区域均未引起排斥，排除其作为独立排斥因子的可能性。

3.7. DR序列的功能排除

位于traG与S013间的31 bp直接重复序列（DR）的克隆体同样未能恢复排斥活性，表明经典排斥元件不参与此过程。

研究最终得出结论：SGI1家族IME通过其保守骨架中介导对IncA/C质粒的接合转移排斥，该功能依赖于traN至S013间5.79 kbp区域内的遗传元件。尽管traHG-S010和S013-S014被证实共转录且受AcaCD调控，但通过异源表达未能重构排斥现象，提示排斥机制可能需要染色体特异性环境、多基因协同或未知调控因子。该发现揭示了IME与辅助质粒间的新型互作模式，对理解耐药基因传播的生态学约束和进化动力学具有重要意义。