从环境宏基因组中挖掘功能基因通常有两条技术路线，一条是建立克隆文库后直接用筛选压力筛选阳性克隆，一条是通过设计引物，从宏基因组中克隆目标基因，然后进行功能研究。近日，中科院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员李小方团队发展了第三条技术路线，实现了规模化、回避筛选压力的功能宏基因组路线，并用于金属硫蛋白基因的高通量挖掘。该研究近日发表于《环境与应用微生物学》。

金属硫蛋白是一类富含半胱氨酸的小分子蛋白，具有高效螯合金属离子的能力。当前人们对于真核生物金属硫蛋白的研究较为完善，而对细菌金属硫蛋白的了解甚少。因此，发掘新颖细菌MT基因、拓展对细菌金属硫蛋白多样性的认知，对于开发高效的重金属生物修复材料具有重要意义。

像金属硫蛋白这类基因，没有明确和方便的功能筛选压力可以使用，由于进化上的多样性，使用传统聚合酶链式反应的方式也无法实现从环境基因组中批量获取。即便使用单个引物设计的方式，由于抗性基因固有的低丰度，也很难成功从环境基因组中克隆到他们。

李小方团队开发了一套基于功能宏基因组学的技术路线。该技术路线首先发展了多样性溃减技术富集功能基因、基于本地化金属硫蛋白数据库的宏基因组注释，然后联合了进化踪迹分析、化学合成和功能基因组学验证，从而实现了从环境样品中高效批量鉴定新颖细菌金属硫蛋白基因。在鉴定到的27个新颖细菌MT基因中，有6个可以在显著增强宿主大肠杆菌的重金属铜/镉抗性的同时提高宿主对铜、镉和锌的富集，其中金属硫蛋白可以使宿主大肠杆菌的镉富集量增加13.7倍。

该研究发掘的功能基因拓展了微生物重金属抗性机制的多样性认识，并且提供了一批潜在的可用于重金属污染治理材料的生物分子。

论文相关信息：https://doi.org/10.1128/AEM.02907-19