中科院農資中心團隊部在環境功能基因發掘方法上獲進展

　　從環境宏基因組中挖掘功能基因通常有兩條技術路線，一條是建立克隆文庫后直接用篩選壓力篩選陽性克隆，一條是通過設計引物，從宏基因組中克隆目標基因，然后進行功能研究。近日，中科院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心研究員李小方團隊發展了第三條技術路線，實現了規模化、回避篩選壓力的功能宏基因組路線，并用于金屬硫蛋白基因的高通量挖掘。該研究近日發表于《環境與應用微生物學》。

　　金屬硫蛋白是一類富含半胱氨酸的小分子蛋白，具有高效螯合金屬離子的能力。當前人們對于真核生物金屬硫蛋白的研究較為完善，而對細菌金屬硫蛋白的了解甚少。因此，發掘新穎細菌MT基因、拓展對細菌金屬硫蛋白多樣性的認知，對于開發高效的重金屬生物修復材料具有重要意義。

　　像金屬硫蛋白這類基因，沒有明確和方便的功能篩選壓力可以使用，由于進化上的多樣性，使用傳統聚合酶鏈式反應的方式也無法實現從環境基因組中批量獲取。即便使用單個引物設計的方式，由于抗性基因固有的低豐度，也很難成功從環境基因組中克隆到他們。

　　李小方團隊開發了一套基于功能宏基因組學的技術路線。該技術路線首先發展了多樣性潰減技術富集功能基因、基于本地化金屬硫蛋白數據庫的宏基因組注釋，然后聯合了進化蹤跡分析、化學合成和功能基因組學驗證，從而實現了從環境樣品中高效批量鑒定新穎細菌金屬硫蛋白基因。在鑒定到的27個新穎細菌MT基因中，有6個可以在顯著增強宿主大腸桿菌的重金屬銅/鎘抗性的同時提高宿主對銅、鎘和鋅的富集，其中金屬硫蛋白可以使宿主大腸桿菌的鎘富集量增加13.7倍。

　　該研究發掘的功能基因拓展了微生物重金屬抗性機制的多樣性認識，并且提供了一批潛在的可用于重金屬污染治理材料的生物分子。