真核微生物的重金属抗性分子机制研究具有多方面应用价值，如辅助植物修复、根际钝化、生物冶金等等。当前研究已知大肠杆菌等微生物可以在实验室条件下实现诱导定向进化，其中也包括重金属诱导；而真核微生物能否在重金属诱导下快速进化出更高抗性，还尚未可知。中国科学院遗传发育所农业资源研究中心李小方研究团队最近的研究表明，以大型真菌为代表的真核微生物可以在数月时间尺度内，在实验室条件下实现镉（Cd）诱导定向进化，可将高抗性菌株的镉抗性再次提高3倍。研究团队通过基因组测序和重测序进一步探索了其极端抗性形成的潜在分子机制。相关研究发表在环境领域知名期刊Journal of Hazardous Materials。
李小方研究团队设计了一种新颖的圆形微生物进化平板，设置了逐级升高的镉浓度，诱导一种大型真菌平菇（Pleurotus ostreatus）定向进化。几个月内，野生型菌株产生了10个突变体，表现出最大三倍于野生型的Cd抗性和较慢的生长速率。通过近千次交配实验获得了该真菌的两种配型细胞，并报导了该物种的第二个高质量基因组草图。野生型和十个突变型的基因组测序和重测序产生了约51GB的数据，为全面的比较基因组学分析奠定基础。结果显示，这十个突变体中共发现了2512个常见的单核苷酸多态性、70个插入/删除、39个拷贝数变异和21个结构变异。突变基因主要参与底物运输。结合转录组分析，研究发现这十个突变体与野生型菌株相比具有明显的Cd抗性机制。参与氧化还原、离子跨膜运输和金属隔室/外排的基因是突变体极端Cd抗性的主要原因。该发现有助于从基因组水平上理解真核生物的Cd抗性，并为利用高抗性的大型真菌开发生物修复工具奠定了基础。
农业资源研究中心助理研究员王丽琨为论文第一作者，李小方研究员为论文通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目（Nos. U21A2024，32250015）和河北省自然科学基金项目(C2022503014)的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.133354
真菌在进化圆盘的镉诱导定向进化及其比较基因组学研究
