农业资源研究中心在生物镉响应异型同功问题研究中获进展

什么机制导致了生物的重金属抗性？在漫长进化中，每种生物形成了复杂且高度特异的机制以应对重金属胁迫。传统研究一般以单一基因或操纵子为目标，即“一个抗性一个基因（操纵子）”的研究逻辑。然而进入组学时代，科学家在众多个体中开展了转录组或基因组层面的研究，发现对于重金属响应发挥关键作用的不仅是特异性抗性基因，还包括基础代谢和全局调控因子，如最近频繁报导的硫代谢通路。进化上复杂程度和生理机制迥异的不同界生物，在镉胁迫响应上是否有保守遗传响应机制？中国科学院农业资源研究中心研究员李小方团队近期通过毒理学试验、比较转录组分析、基因组深度注释以及传统的功能基因组学方法结合，对三个跨界的模式物种（大肠杆菌、酿酒酵母和莱茵衣藻）在镉胁迫下的保守调控基因和模型进行探索。相关研究成果以Cross-Kingdom comparative transcrip⁃tomics reveals conserved genetic modules in re⁃sponse to cadmium stress（通过跨界比较获得的保守共调控镉胁迫响应代谢通路）为题，发表在mSystems上。

该研究中，科研人员对三个物种在镉胁迫下的基因调控进行比较，找到了保守应答途径及相关基因。四种共有调控途径与镉胁迫相关，包括ROS反应、硫代谢、细胞壁重塑以及金属离子转运，并将该保守性注释到了基因家族层次。此外，该团队提出通过基因功能互补性实验验证这些保守基因家族的进化相关性，并通过该实验发现了新的镉相关基因。模式微生物的功能基因注释已经渐趋完善，该方法能够注释到新基因，表明了跨界比较作为基因功能发现的可能性。

发现这些保守通路有什么用？在组学和基因编辑时代，这些共同机制可能较易应用于生物工程菌株改造中，并更广泛地应用于生物修复中。该研究是跨界生物转录组比较的首次尝试，表明远源物种存在应对胁迫的保守系统调控模式。

研究工作得到国家自然科学基金面上项目、河北省杰出青年基金和国家重点研发计划项目的资助。