文章信息
第一作者：李丽娟 博士研究生
https://doi.org/10.1093/ismeco/ycae106
研究进展
微生物通过特定的代谢途径适应环境中的砷胁迫，进而驱动砷的生物地球化学循环。原核微生物介导砷解毒的分子策略已经较为清楚，然而，对于真核微生物及其与原核微生物之间的砷解毒策略差异尚属空白，这极大地阻碍了我们从不同尺度对微生物与砷互作机理的认知，也限制了砷污染环境修复微生物及其功能基因的挖掘与应用。
为此，本研究通过构建的16个砷生物转化基因（氧化、还原、甲基化、去甲基化、以及外排等）的保守结构域模型，系统分析了670个微生物全基因组中同源蛋白的分布。发现砷还原和外排相关的蛋白在原核微生物体内分布相对更加广泛，而砷氧化相关的蛋白在真核微生物中分布更广。进一步基于上述相关功能基因在转录水平的表达验证，发现砷胁迫下砷还原、外排等功能基因在细菌体内的表达量明显高于真菌，而砷氧化基因在真菌中的表达量高于细菌。此外，通过分析不同砷功能基因在微生物群体中的选择压力，发现真菌受到的纯化选择的强度要显著高于古菌和细菌。砷生物转化基因纯化选择的强度与其物种分布广度及基因表达水平之间存在显著正相关，表明微生物在受到不同强度的纯化选择压力时建立了各自较为独特的砷代谢途径，进而造成其在砷解毒策略上有所差别。该研究为今后特异微生物资源特别是砷解毒相关功能基因的挖掘与环境修复应用奠定了理论基础。
该研究成果以“Purifying selection drives distinctive arsenic metabolism pathways in prokaryotic and eukaryotic microbes”为题于2024年8月发表在Nature出版社旗下的《ISME Communications》（国际微生物生态学会通讯）期刊上。
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