PNAS：一种普通真菌如何从土壤和水中清除有毒汞

马里兰大学的一名研究人员和他的同事们发现，罗伯茨绿僵菌可以从植物根部周围的土壤、淡水和盐水中去除汞。研究人员还对这种真菌进行了基因改造，以增强其汞解毒作用。这项发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究表明，绿藻菌可以提供一种廉价而有效的方式来保护生长在受污染地区的作物，并修复含汞水道。

　　

马里兰大学的一名研究人员和他的同事们发现，罗伯茨绿僵菌可以从植物根部周围的土壤、淡水和盐水中去除汞。研究人员还对这种真菌进行了基因改造，以增强其汞解毒作用。

土壤和水的汞污染是对公众健康的世界性威胁。这项新研究表明绿藻菌可以提供一种廉价而有效的方法来保护生长在受污染地区的作物，并修复含汞水道。

这项研究由马里兰大学昆虫学教授Raymond St. Leger和他的前博士后方卫国(现就职于中国杭州浙江大学)实验室的研究人员进行，并于2022年11月14日发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

“这个由方博士领导的项目发现绿僵菌可以阻止植物吸收汞，”圣莱格说。“尽管种植在污染的土壤中，但这种植物生长正常，可以食用。更重要的是，这种真菌可以迅速清除淡水和盐水中的汞。”

绿僵菌是一种几乎无处不在的真菌，圣莱热实验室之前的研究表明，它在植物根部定居，保护植物免受食草昆虫的侵害。科学家们已经知道绿藻菌通常是在汞矿等有毒地点土壤中发现的唯一生物之一。但此前没有人确定这种真菌是如何在汞污染的土壤中存活下来的，也没有人确定这是否会对通常与真菌生活在一起的植物产生影响。

圣·莱格和其他同事之前对绿绿杆菌的基因组进行了测序，方注意到它含有两个基因，与一种已知能解毒或生物补救汞的细菌中的基因非常相似。

在目前的研究中，研究人员进行了各种实验室实验，发现感染绿僵菌的玉米无论种植在干净的土壤还是富含汞的土壤中都长得一样好。更重要的是，在污染土壤中生长的玉米的植物组织中没有发现汞。

然后，研究人员对真菌进行了基因改造，去掉了两个与汞修复细菌相似的基因。当他们重复他们的实验时，改良的绿僵菌不再保护玉米免受含汞土壤的伤害，玉米死亡。

为了验证这些基因是否提供了解毒功能，研究人员将它们插入了另一种通常不能保护玉米免受汞污染的真菌中。新改良的真菌表现得像绿僵菌，保护植物不受含汞土壤的影响。

微生物学分析显示，相关基因表达的酶能将剧毒的有机汞分解为毒性较低的无机汞分子。最后，研究人员对绿绿杆菌进行了基因改造，使其表达更多的解毒基因，并增加解毒酶的产量。

在他们最后的实验中，研究人员发现他们可以在48小时内通过混合绿藻来清除淡水和盐水中的汞。

下一步将是在中国进行田间试验，看看绿杆菌是否能把有毒的环境变成种植玉米和其他作物的高产土壤。目前修复受污染土壤的方法要求在种植任何作物之前，将毒素从整块土地中清除或中和掉。这可能非常昂贵，需要很长时间。但是绿绿杆菌只是直接给植物根部周围的土壤解毒，防止植物吸收毒素。

“让植物在富含汞的环境中生长是这种真菌保护植物家园的方法之一，”圣莱格解释说。“这是我们所知的唯一一种有可能被这样利用的微生物，因为具有解毒汞的相同基因能力的细菌不会生长在植物上。但你可以想象一下，简单地把种子浸在绿僵菌中，种植现在不受富含汞土壤影响的作物。”

除了作为一种具有成本效益的工具来开垦受污染的土地用于农业之外，绿藻菌还可以帮助清除湿地和受污染水道中的汞，随着气候变化和永久冻土融化加速有毒金属释放到土壤和海洋中，这些湿地和受污染水道正日益受到汞污染的威胁。