尽管土壤中存在有毒重金属但仍允许细菌繁衍生息的基因已被鉴定

一项研究发现，一些土壤细菌可以获得一组基因，使它们能够将重金属镍从系统中排出。这使得细菌不仅能够在有毒的土壤中繁衍生息，还能帮助植物在那里生长。

华盛顿州立大学领导的研究小组在野生土壤细菌中找到了一组基因，使它们能够在天然含有高浓度有毒镍的蛇纹石土壤中做到这一点。《美国国家科学院院刊》杂志详细介绍了这一基因发现，它可能有助于为未来寻求将植物恢复到污染土壤的生物修复工作提供信息。

“我们可以肯定地说，这些基因让细菌能够在重金属暴露下存活下来，因为如果我们把它们拿走，它们就会死亡。如果我们将它们添加到对重金属敏感的新细菌中，所有的细菌都会死亡。”突然它就产生了抵抗力，”该研究的资深作者、华盛顿州立大学进化生态学家斯蒂芬妮·波特说。

被称为根瘤菌的土壤细菌对豆科植物至关重要，包括大豆和苜蓿等经济作物，因为它们与根部共生，帮助植物固氮，本质上是为植物施肥。

在这项研究中，波特和她的同事从俄勒冈州和加利福尼亚州的55个草原采集了野生根瘤菌样本，其中一些含有重镍蛇纹石土壤，另一些则没有。他们进行了一系列遗传分析，发现一组称为镍抗性操纵子的基因是细菌在接触重金属的情况下生存所必需的。

他们还发现，这种适应是根据土壤中镍的含量进行微调的。来自镍浓度高地区的细菌具有更高耐受性的基因，而来自镍浓度较低地区的细菌则具有耐受高浓度镍的不那么有效的基因。

“就好像这些根瘤菌和它们的栖息地之间有一种非常美丽的匹配，”波特说。“这是一个关于多样性如何在自然界中产生和维持的精致进化故事，以非常接近这些生物体面临的挑战水平。”

研究小组正在进一步研究细菌如何通过所谓的“水平基因转移”实现这种适应。与动物不同，细菌不仅将遗传信息从父母传递给孩子。它们还可以通过与同类细菌密切接触来与它们共享“移动”基因组。

波特将这一过程比作在智能手机上下载应用程序，其中一个细菌细胞与环境中的另一个细菌细胞结合在一起，它们交换信息包，本质上是一组基因。然后细菌“下载”信息，新的DNA就成为该生物体基因组的一部分。

华盛顿州立大学博士、合著者安吉利夸·蒙托亚说，许多种类的细菌都会这样做，以适应不同的环境。波特实验室的候选人。这包括一些对人类有问题的细菌，例如可能对抗生素产生耐药性的有害细菌。

蒙托亚说：“这些移动元素赋予细菌一系列的特征。”

研究人员相信，通过更好地了解这些可移动遗传元素，可以利用其中一些特征来利用微生物来帮助克服影响日益增大的挑战，例如污染的土壤。

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