什麼機制導致了生物的重金屬抗性？在漫長進化中，每種生物形成了複雜且高度特異的機制以應對重金屬脅迫。傳統研究一般以單一基因或操縱子為目標，即“一個抗性一個基因（操縱子）”的研究邏輯。然而進入組學時代，科學家在眾多個體中開展了轉錄組或基因組層面的研究，發現對於重金屬響應發揮關鍵作用的不僅是特異性抗性基因，還包括基礎代謝和全域性調控因子，如最近頻繁報導的硫代謝通路。進化上覆雜程度和生理機制迥異的不同界生物，在鎘脅迫響應上是否有保守遺傳響應機制？中國科學院農業資源研究中心研究員李小方團隊近期透過毒理學試驗、比較轉錄組分析、基因組深度註釋以及傳統的功能基因組學方法結合，對三個跨界的模式物種（大腸桿菌、釀酒酵母和萊茵衣藻）在鎘脅迫下的保守調控基因和模型進行探索。相關研究成果以Cross-Kingdom comparative transcriptomics reveals conserved genetic modules in response to cadmium stress（透過跨界比較獲得的保守共調控鎘脅迫響應代謝通路）為題，發表在mSystems上。
該研究中，科研人員對三個物種在鎘脅迫下的基因調控進行比較，找到了保守應答途徑及相關基因。四種共有調控途徑與鎘脅迫相關，包括ROS反應、硫代謝、細胞壁重塑以及金屬離子轉運，並將該保守性註釋到了基因家族層次。此外，該團隊提出透過基因功能互補性實驗驗證這些保守基因家族的進化相關性，並透過該實驗發現了新的鎘相關基因。模式微生物的功能基因註釋已經漸趨完善，該方法能夠註釋到新基因，表明了跨界比較作為基因功能發現的可能性。
發現這些保守通路有什麼用？在組學和基因編輯時代，這些共同機制可能較易應用於生物工程菌株改造中，並更廣泛地應用於生物修復中。該研究是跨界生物轉錄組比較的首次嘗試，表明遠源物種存在應對脅迫的保守系統調控模式。
研究工作得到國家自然科學基金面上專案、河北省傑出青年基金和國家重點研發計劃專案的資助。
農業資源研究中心在生物鎘響應異型同功研究中獲進展
來源：中國科學院遺傳發育所農業資源研究中心
