河南农业大学硕士生第一作者在顶级期刊(IF=12.4)发表研究成果,破解植物应对抗生素胁迫新路径

近日，河南农业大学园艺设施结构与环境研究团队在国际环境科学与工程领域的知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表了一项研究成果，题为“Abscisic acid confers antibiotic stress tolerance in cucumber by alleviating antibiotic phytotoxicity and decreasing the levels of antibiotic and antibiotic resistance genes”。这项研究揭示了植物激素脱落酸在减少黄瓜中抗生素污染方面的新功能，并为解决土壤-植物系统中的抗生素累积和抗生素抗性基因传播提供了新的视角。

随着抗生素被广泛用于人类和动物疾病的预防和治疗，以及在畜牧业中促进动物生长的应用，由于其过量生产和滥用，畜禽粪便中检测到了种类繁多且丰度较高的抗生素抗性菌及抗生素抗性基因。这些抗性基因在土壤-蔬菜系统中的传播不仅威胁到生态环境和蔬菜的质量安全，还加速了抗生素耐药性对全球公共健康的威胁，成为21世纪人类健康的重大挑战之一。据估计，每年因病原菌感染导致的死亡人数约为70万，预计到2050年可能会上升至1000万。因此，了解抗生素抗性基因在土壤-蔬菜系统中的迁移机制和影响因素，对于降低其对土壤环境和人体健康的潜在风险至关重要。

该研究首先比较了几种不同类型的抗生素对黄瓜幼苗的毒性作用，发现喹诺酮类药物环丙沙星（CIP）和四环素类药物四环素（TC）在1 mg L⁻¹浓度下表现出比其他几类抗生素更强的毒性。进一步的研究表明，这两种抗生素都会诱导植物激素脱落酸的积累以及相关合成和信号基因的表达。而外源喷施脱落酸能够剂量依赖性地缓解由抗生素引起的生长抑制、光合作用抑制和氧化应激损伤，其中以20 µM浓度最为有效。此外，脱落酸处理还能抑制与抗生素吸收相关的酶活性，显著降低了黄瓜根部和地上部分抗生素的积累，并减少了目标抗生素抗性基因和移动遗传元件的相对丰度。网络相关性分析等方法进一步揭示了抗生素抗性基因与细菌群落及移动遗传元件之间的复杂关系。

综上所述，这项研究表明，通过应用脱落酸可以有效地提高黄瓜对抗生素胁迫的耐受性，同时减少抗生素及其抗性基因在植物体内的累积，为治理土壤-植物系统中的抗生素污染提供了一个创新性的解决方案。

本研究的第一作者包括河南农业大学的硕士生王翘楠、喻明姚和青年教师董韩教授，通讯作者为国志信副教授。硕士生段静静、丁艳霞、王锦绡，本科生科研助理郭玉杰、黄娅倩，董晓星副教授和张涛副教授参与了这项研究，并得到了课题组长朴凤植教授的重要指导。