什么機(jī)制導(dǎo)致了生物的重金屬抗性？在漫長進(jìn)化中，每種生物形成了復(fù)雜且高度特異的機(jī)制以應(yīng)對(duì)重金屬脅迫。傳統(tǒng)研究一般以單一基因或操縱子為目標(biāo)，即“一個(gè)抗性一個(gè)基因（操縱子）”的研究邏輯。然而進(jìn)入組學(xué)時(shí)代，科學(xué)家在眾多個(gè)體中開展了轉(zhuǎn)錄組或基因組層面的研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于重金屬響應(yīng)發(fā)揮關(guān)鍵作用的不僅是特異性抗性基因，還包括基礎(chǔ)代謝和全局調(diào)控因子，如最近頻繁報(bào)導(dǎo)的硫代謝通路。進(jìn)化上復(fù)雜程度和生理機(jī)制迥異的不同界生物，在鎘脅迫響應(yīng)上是否有保守遺傳響應(yīng)機(jī)制？中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源研究中心研究員李小方團(tuán)隊(duì)近期通過毒理學(xué)試驗(yàn)、比較轉(zhuǎn)錄組分析、基因組深度注釋以及傳統(tǒng)的功能基因組學(xué)方法結(jié)合，對(duì)三個(gè)跨界的模式物種（大腸桿菌、釀酒酵母和萊茵衣藻）在鎘脅迫下的保守調(diào)控基因和模型進(jìn)行探索。相關(guān)研究成果以Cross-Kingdom comparative transcrip?tomics reveals conserved genetic modules in re?sponse to cadmium stress（通過跨界比較獲得的保守共調(diào)控鎘脅迫響應(yīng)代謝通路）為題，發(fā)表在mSystems上。

該研究中，科研人員對(duì)三個(gè)物種在鎘脅迫下的基因調(diào)控進(jìn)行比較，找到了保守應(yīng)答途徑及相關(guān)基因。四種共有調(diào)控途徑與鎘脅迫相關(guān)，包括ROS反應(yīng)、硫代謝、細(xì)胞壁重塑以及金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)，并將該保守性注釋到了基因家族層次。此外，該團(tuán)隊(duì)提出通過基因功能互補(bǔ)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些保守基因家族的進(jìn)化相關(guān)性，并通過該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了新的鎘相關(guān)基因。模式微生物的功能基因注釋已經(jīng)漸趨完善，該方法能夠注釋到新基因，表明了跨界比較作為基因功能發(fā)現(xiàn)的可能性。

發(fā)現(xiàn)這些保守通路有什么用？在組學(xué)和基因編輯時(shí)代，這些共同機(jī)制可能較易應(yīng)用于生物工程菌株改造中，并更廣泛地應(yīng)用于生物修復(fù)中。該研究是跨界生物轉(zhuǎn)錄組比較的首次嘗試，表明遠(yuǎn)源物種存在應(yīng)對(duì)脅迫的保守系統(tǒng)調(diào)控模式。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、河北省杰出青年基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。