什么机制导致了生物的重金属抗性？在漫长进化中，每一种生物都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，即所谓“一个抗性一个基因（操纵子）”的研究逻辑。然而进入组学时代，我们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仅是特异性抗性基因，还包括众多基础代谢和全局调控因子，如最近频繁报导的硫代谢通路。那么，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？中科院农业资源研究中心李小方研究员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相结合，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了大胆探索。相关研究以“Cross-Kingdom comparative transcriptomics reveals conserved genetic modules in response to cadmium stress”于近日发表于mSystems杂志。　　
　　在这项研究中，李小方研究团队成员对三个物种在镉胁迫下的基因调控进行了比较，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。与此同时，该团队提出了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一个新的镉相关基因。模式微生物的功能基因注释已经渐趋完善，本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，这些共同的机制可能更容易被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。这项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。
中科院农业资源研究中心博士研究生陈苗苗为论文第一作者，助理研究员王丽琨博士为文章的共同一作。李小方研究员为论文通讯作者，王丽琨博士为文章的共同通讯作者。本研究得到了国家自然基金面上项目（No. 41877414）、河北****基金（D2018503005）和国家重点研发计划项目（2018YFD0800306）的资助。　　　
　　通过跨界比较获得的保守共调控镉胁迫响应代谢通路
　　论文链接：https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/MEDLINE:34874779