单菌株移动组测序揭示细菌应激下遗传元件动态响应与基因组可塑性机制

本刊推荐：本研究采用单菌株移动组测序技术，首次系统量化了大肠杆菌K-12在多种应激源（UV、重金属、抗生素等）作用下移动遗传元件（MGEs）的动态响应。发现铜和SDS显著诱导IS元件形成染色体外环状DNA（eccDNA），揭示了应激反应与抗生素抗性基因共选择的新机制，为环境压力驱动基因组可塑性提供了重要见解。

　　

^Highlight

单菌株移动组测序量化了细菌对应激的遗传响应，包括IS元件、原噬菌体、RNAs和REPINs的活性。

^{Experimental setup}

将携带pOLA52质粒的大肠杆菌MG1655的37°C过夜LB培养物按1:10稀释后，立即施加表1所示处理并于37°C培养。在暴露后5、20和60分钟分别取3ml样品进行移动组DNA测序。

^{Mobilome DNA extraction and sequencing}

通过碱裂解法提取质粒DNA并经核酸外切酶处理，选择性富集环状DNA分子。建库后使用Illumina平台进行测序。

^{Results and discussion}

处于稳定期的大肠杆菌K-12通过RpoSσ因子介导的转录启动应激响应。本研究将过夜培养物稀释后立即施加多种应激源，发现：

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  UV可诱导原噬菌体e14显著富集

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  铜和SDS强烈诱导多个IS元件形成eccDNA

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  应激响应导致REP区域、rRNAs、tRNAs和Rhs核酸酶蛋白编码区覆盖度增加

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  高转录基因在碱裂解过程中可能形成RNA/DNA异源双链体

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  IS元件的环状中间体在稀释后5分钟内即可形成，但铜和SDS会暂时抑制该过程

^Conclusion

本研究通过移动组测序揭示了应激源对大肠杆菌K-12 Mg1655亚株遗传元件活性的影响。UV可激活原噬菌体e14，铜和SDS是IS元件eccDNA形成的强诱导剂。这些发现为理解环境压力如何通过MGEs激活促进抗生素抗性基因传播提供了机制性见解。