研究人员展示了一种常见的真菌如何消除土壤和水中的有毒汞

马里兰大学的一名研究人员及其同事发现，真菌Metarhiziumrobertsii可以去除植物根部周围土壤以及淡水和咸水中的汞。研究人员还对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全球范围内对公众健康的威胁。这项新工作表明，绿僵菌可以提供一种廉价而有效的方法来保护污染地区种植的作物和修复含汞水道。

这项研究由马里兰大学昆虫学教授RaymondSt.Leger和他的前博士后研究员方伟国(现就职于中国杭州浙江大学)实验室的研究人员进行，发表在美国国家科学院院刊上科学(PNAS)于2022年11月14日。

“这个由Fang博士领导的项目发现，绿僵菌可以阻止植物吸收汞，”St.Leger说。“尽管种植在受污染的土壤中，这种植物仍能正常生长并且可以食用。更重要的是，仅这种真菌就能迅速清除淡水和咸水中的汞。”

绿僵菌是一种几乎无处不在的真菌，​​St.Leger实验室之前的研究表明，它在植物根部定殖并保护它们免受食草昆虫的侵害。科学家们已经知道，绿僵菌通常是在汞矿等有毒地点的土壤中发现的唯一生物之一。但之前没有人确定这种真菌如何在汞污染的土壤中存活，或者这是否对真菌通常与之共生的植物产生影响。

St.Leger和其他同事之前对绿僵菌的基因组进行了测序，Fang注意到它包含两个基因，这些基因与已知能解毒或生物修复汞的细菌中存在的基因非常相似。

对于目前的研究，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是种植在干净的土壤还是含汞的土壤中，都能生长得一样好。更重要的是，在污染土壤中种植的玉米植物组织中未发现汞。

然后，研究人员对真菌进行了基因改造，去除了与汞修复细菌相似的两个基因。当他们重复他们的实验时，改良的绿僵菌不再保护玉米植物免受含汞土壤的侵害，玉米就死了。

为了验证这些基因是否具有解毒特性，研究人员将它们插入另一种通常不能保护玉米免受汞侵害的真菌中。新改良的真菌表现得像绿僵菌，可以保护植物免受含汞土壤的侵害。

微生物学分析表明，所讨论的基因表达的酶可以将剧毒的有机汞分解成毒性较小的无机汞分子。最后，研究人员对绿僵菌进行基因改造，使其表达更多的解毒基因并增加其解毒酶的产量。

在最后的实验中，研究人员发现，通过混合绿僵菌，他们可以在48小时内清除淡水和盐水中的汞。

下一步将在中国进行田间试验，看看绿僵菌是否可以将有毒环境变成种植玉米和其他作物的肥沃田地。目前修复污染土壤的方法要求在种植任何东西之前从整个田地中去除或中和毒素。这可能非常昂贵并且需要很长时间。但绿僵菌只是简单地解毒植物根部周围的土壤，并防止植物吸收毒素。

“让植物在富含汞的环境中生长是这种真菌保护其植物家园的方式之一，”St.Leger解释说。“这是我们所知道的唯一一种有可能像这样使用的微生物，因为具有相同遗传能力的细菌无法在植物上生长。但你可以想象简单地将种子浸入绿僵菌中，然后种植作物现在免受富含汞的土壤的影响。”

除了作为一种经济有效的工具来开垦受污染的土地用于农业之外，绿僵菌还可以帮助清除湿地和受污染水道中的汞，因为气候变化和永久冻土融化加速了有毒金属向土壤中的释放，这些水道越来越受到汞污染的威胁和海洋。