放牧与土壤水分变化重塑高山湿地土壤中抗性基因和致病性基因的跨文库共丰度模块

《Environmental Pollution》：Grazing and soil moisture transitions reorganize cross-library co-abundance modules of resistance and virulence genes in alpine wetland soils

　　四个跨库模块将高山湿地土壤中的ARGs、HMRGs和VFGs联系起来。模块状态在解释跨库活性方面优于单个核心基因。放牧和土壤含水量转变重组了模块，同时保留了成员构成。基因激活和网络拓扑在不同SWC层次中部分解耦。载体支持和与迁移相关的响应在不同模块中有所不同。## 引言土壤和湿地微生物污染风险评估通常强调污染物或独立的基因清单，尽管生态选择也会塑造风险性状（Berendonk等，2015；Larsson和Flach，2022）。在青藏高原，ARG模式随细菌组成、土壤水分和温度而变化（Yang等，2019），宏基因组调查显示异质性的湿地抗性组（Li等，2024a；Li等，2024b）。SWC还塑造了高山湿地退化梯度上的微生物组成和网络（Li等，2022），而牦牛放牧可减少地下网络复杂性（Jing等，2023），即使ARG组成保持稳定（Zheng等，2021）。由于这些湿地构成了亚洲水塔的水源组成部分（Yao等，2022），确定水文和放牧压力是独立作用于风险基因类别还是重新组织协调的跨库结构就显得尤为重要。大多数共选择研究仍然优先关注ARGs。镉与多西环素联合作用改变了沟渠湿地中的ARGs和HMRGs（Yu等，2022），基因组分辨率的构建湿地研究将共选择与ARG宿主和基因组位点联系起来（Yu等，2025）。其他野外研究整合了ARG丰度、转录、宿主和风险（Zhao等，2024），而高原湿地评估则结合了抗性组、MGEs和潜在致病宿主（Li等，2024a；Li等，2024b）。VFGs增加了一个独特维度，因为ARGs和VFGs在盐度梯度和青藏高原冰川前缘可表现出不同的响应（Yang等，2022；Gou等，2025）。因此，我们联合考察ARGs、HMRGs和VFGs作为微生物污染风险相关基因，不将其等同于已测量的污染物或实际健康效应，并询问子集是否形成被单库清单所遗漏的跨库组织。近年来的工作越来越多地解析基因组组织、宿主关联和跨生境连通性。土壤ARG分布受到系统发育约束（Forsberg等，2014）；抗生素、生物杀剂和金属抗性决定因子在基因组中共现（Pal等，2015）；ARGs可与HMRGs物理连接（Li等，2017）。农业土壤宏基因组学已鉴定出连接的ARG-MRG重叠群（Liu等，2024a；Liu等，2024b），而全球农田数据显示VFG与抗性基因共现（Yu等，2026）。这些研究确立了物理连接或广泛的共现现象，但未能确定固定的群落尺度ARG-HMRG-VFG模块是否沿着连续的水文和放牧梯度重新组织。以往研究主要通过共享重叠群或MAGs来表征成对抗性基因关联，解析的是物理或基因组共现而非协调的生态共变。通过借鉴群落生态学中的丰度共变概念，我们将ARGs、HMRGs和VFGs整合为固定的跨库共丰度模块，确定了具有最强稳健性的四个候选模块（M01–M03），并提供了发现和检验协调的跨库基因组织的可迁移框架。这种共变可能反映共享的宿主/群落周转、共同的环境筛选或部分共享的基因组/移动遗传背景。因此，我们将共丰度视为生态组织，而非共同机制、DNA分子或健康后果的证明，并在定义探索性跨库核心和候选模块之后才评估载体/迁移支持。在跨越32个高山湿地样地（涵盖连续SWC和两种放牧强度）中，利用鸟枪法宏基因组学检验以下问题：（i）跨库核心和模块是否可以超越丰度排名进行优先级排序；（ii）固定模块在放牧和受支持的SWC转变下是否持续存在但重新组织；（iii）重叠群、MAG、潜在宿主和MGE支持在不同模块间是否存在差异。统一的三库网络在环境和载体分析之前定义了核心和模块，在基因清单与物理连接证据之间提供了一个群落尺度的层次。## 分节摘要### 研究区域本研究覆盖青藏高原东部的高山湿地（32.47°–33.70°N，101.65°–103.17°E；约18,650 km2；海拔3400–3800 m）。该区域为寒冷、半湿润季风气候，年均温度0.9–2.5°C，降水量518–800 mm，生长季为7至9月。由第四纪河流–湖泊沉积物发育的水成沼泽土壤通常表现出泥炭积累和潜育化特征；所有分析均采用0–15 cm表层土壤。该景观经历冻融循环。### 跨库核心显示的连通性不可简化为仅由丰度解释统一的ARG–HMRG–VFG网络鉴定出14个代表性跨库核心，包括3个ARGs、5个HMRGs和6个VFGs（图1a）。这些核心代表了多种功能，包括抗生素抗性、金属转运与稳态、黏附、分泌以及表面相关毒力性状（图1b），表明跨库组织涉及多种功能过程而非单一主导基因类别。结构重要性不可简化为丰度排名。### 讨论本研究确定了一个探索性的关系层次，其中ARGs、HMRGs和VFGs形成跨库共丰度核心和模块。结构优先级不可简化为丰度，模块状态优于单个核心基因，放牧/SWC重组了固定模块而未消除三库代表性。载体支持具有异质性。这些结果描述的是生态组织和迁移相关潜力，而非实际的污染风险或水平转移。### CRediT作者贡献声明**康迪：** 撰写–审阅与编辑，撰写–初稿，方法论，调查研究，资金获取，形式分析，数据整理，概念构思。**吉扬越：** 软件，方法论，调查研究，数据整理。**曹宇：** 方法论，调查研究，数据整理。**欧佳豪：** 调查研究，数据整理。**杨倩：** 调查研究，数据整理。### 资金支持本研究由四川省自然科学基金（2023NSFSC0143）、国家自然科学基金（31800458）以及西部某大学博士研究生研究启动基金（18Q042，412754）资助。### 利益冲突声明作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：康迪报告获得了四川省科学技术厅的财务支持。如有其他作者，他们声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。康迪 | 吉扬越 | 曹宇 | 欧佳豪 | 杨倩