一、引言

沙门氏菌是一种主要的食源性病原体，广泛存在于家禽中，能够引发人类沙门氏菌相关疾病，严重威胁公共卫生安全。近年来，沙门氏菌对抗生素的耐药性不断增加，使得治疗感染变得更加困难，增加了医疗成本和死亡率。据美国食品药品监督管理局统计，沙门氏菌每年在美国导致约130万例疾病、2.65万例住院和420例死亡，经济损失超过140亿美元。因此，控制家禽中沙门氏菌的传播对于减少人类感染具有重要意义。

细菌耐药性和毒力基因的传播主要通过染色体突变和水平基因转移（horizontal gene transfer，HGT）两种方式实现，其中水平基因转移包括接合、转导和转化。质粒作为HGT的关键载体，能够携带耐药性和毒力基因在不同细菌之间传播。因此，研究家禽源沙门氏菌中质粒的类型、接合能力和携带的耐药性及毒力基因，对于理解耐药性和毒力基因的传播机制至关重要。

二、研究方法

研究团队从美国国家生物技术信息中心的RefSeq数据库中下载了家禽源沙门氏菌序列，并使用PlasmidFinder 2.1、VRprofile2、oriTfinder和ResFinder 4.1等在线工具，对质粒进行检测、复制子分型、接合能力分析以及耐药性和毒力基因的鉴定。通过这些工具的综合应用，研究团队能够准确地识别质粒的类型、携带的耐药性和毒力基因，并预测其表型特征。

三、质粒检测和复制子分型

使用PlasmidFinder 2.1和VRprofile2分析可能的质粒序列，以检测复制子类型和多复制子组合。分析了309条可能的质粒序列，其中183条被PlasmidFinder 2.1和VRprofile2共同确认为质粒序列。这些质粒被分为8种复制子类型，包括1种Col型和7种不相容性类型（IncA/C、IncF、IncH、IncI、IncN、IncQ和IncX）。研究发现，所有IncH质粒均为多复制子质粒，而IncI质粒均为单复制子质粒。此外，研究还检测到51个多复制子质粒，占总质粒的27.9%，这些多复制子质粒具有更广泛的潜在宿主范围。

图1. 质粒检测和复制子分型。(a)通过PlasmidFinder 2.1（绿色）和VRprofile2（粉红色）进行质粒检测和复制子分型；(b)多复制子质粒中复制子的组合；(c)单复制子质粒的亚型。

四、质粒接合性的检测以及移动性和复制子型之间的关系

使用VRprofile2和oriTfinder测定接合能力，对质粒移动性进行分类。研究发现77个质粒（42.1%）为接合性质粒，25个（13.7%）为可动化质粒，81个（44.3%）为非可动化质粒。接合性质粒主要分布在IncA/C、IncF和IncI质粒中，而非可动化质粒主要为IncX质粒。此外，多复制子质粒中49%为接合性质粒，高于单复制子质粒的39.4%。

图2. 质粒接合性的检测以及移动性和复制子型之间的关系。(a)质粒接合性检测。(b)移动性与复制子型之间的关系。

五、质粒携带的耐药基因和毒力基因

使用VRprofile2和oriTfinder检测质粒携带的耐药基因和毒力基因。研究共检测到105个质粒携带58种耐药性基因，分为12类抗生素类别。其中，氨基糖苷类、β-内酰胺类、磺胺类和四环素类是最常见的耐药性基因类别。通过oriTfinder和ResFinder 4.1预测耐药性表型，发现多复制子质粒携带的耐药性基因数量显著高于单复制子质粒。此外，接合性质粒中常见的耐药性基因类别包括氨基糖苷类、β-内酰胺类、磺胺类和四环素类，而大环内酯类和磷霉素类耐药性基因则较少见。

研究发现49个质粒携带36种不同的毒力基因，分为13个毒力类别。最常见的毒力基因类别包括黏附素、III型分泌系统和抵抗补体杀菌类别。值得注意的是，研究首次在家禽源沙门氏菌中检测到未被报道过的毒力基因fdeC，该基因编码黏附素，且42.8%携带fdeC的质粒为接合性质粒，表明其具有水平传播的潜力。

六、沙门氏菌血清型与质粒特征的关系

研究分析了165个质粒所属的27种沙门氏菌血清型，发现Heidelberg、Enteritidis、Typhimurium、Indiana、Kentucky和Infantis为最常见的血清型。这些血清型中，Infantis、Typhimurium和Kentucky的接合性质粒比例较高，而Heidelberg和Enteritidis的接合性质粒比例较低。此外，不同血清型携带的耐药性和毒力基因也存在差异，例如Indiana血清型的质粒几乎全部携带耐药性基因，而Heidelberg血清型的质粒中仅有部分携带耐药性和毒力基因。

七、研究意义

该研究通过综合应用多种生物信息学工具，揭示了家禽源沙门氏菌中质粒的类型、接合能力和携带的耐药性及毒力基因特征。研究发现的高比例接合性质粒和多复制子质粒表明，家禽源沙门氏菌中耐药性和毒力基因的水平转移潜力较大。此外，首次检测到的毒力基因fdeC提示需要加强对家禽源沙门氏菌的监测，以防止耐药性和毒力基因的进一步传播。该研究不仅为理解家禽源沙门氏菌耐药性和毒力基因的传播机制提供了重要依据，也为食品安全和公共卫生领域的防控策略提供了科学指导。