遗传背景使突变路径多样化，但在酵母中针对博来霉素耐药性却趋同于膜去极化

耐药性的进化同时受到选择因子以及耐药突变产生所处遗传背景的共同塑造，但大多数实验进化研究仅依赖单一遗传背景。在本研究中，我们对六株遗传上已分化的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）菌株开展了平行实验进化，在DNA损伤型化疗药物博来霉素的选择压力下，对48个重复群体进行了约225代传代。超过70%的进化群体获得了耐药性，且适应的幅度和可重复性在不同遗传背景之间表现出显著差异。全基因组测序显示，博来霉素提高了单核苷酸突变和插入-缺失突变的发生率，并诱导了背景特异性的非整倍体和结构变异，包括由Ty元件介导的易位和串联重复。值得注意的是，不同背景间的突变率最高可相差10倍，其中最常用的实验室菌株表现出最高的致突变敏感性，这凸显了基于单一背景模型得出的进化见解未必能够在整个物种范围内普遍推广。尽管存在这种依赖背景的基因组异质性，我们仍鉴定出在几乎所有遗传背景中独立产生并赋予强耐药性的PMA1和PTK2反复出现的功能缺失突变。功能与生物物理学检测表明，这些突变会削弱Pma1p H+-ATP酶活性并使质膜去极化，从而限制这种带正电药物的细胞摄取。我们的研究结果表明，尽管通向耐药性的突变路径在很大程度上受遗传背景塑造，但一种以膜电位调控为核心的趋同且不依赖背景的机制能够主导表型适应。本研究强调了将遗传多样性纳入实验进化范式的必要性，并提出质膜电位是调控化疗药物疗效的重要杠杆。

药物抗性的进化既受到选择因子的影响，也受到抗性突变产生时所处遗传背景的塑造，但大多数实验进化研究仅依赖单一遗传背景。在本研究中，我们在6株遗传上已分化的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）菌株中开展了平行实验进化，在DNA损伤化疗药物博来霉素的选择压力下，对48个重复群体进行了约225代的传代培养。超过70%的进化群体获得了抗性，而适应的幅度和可重复性在不同遗传背景之间存在显著差异。全基因组测序显示，博来霉素提高了单核苷酸突变和插入-缺失突变的发生率，并诱导了背景特异性的非整倍体和结构变异，包括Ty元件介导的易位和串联重复。值得注意的是，不同背景间的突变率差异最高可达10倍，其中最常用的实验室菌株表现出最高的诱变易感性，这凸显出基于单一背景模型所得的进化见解未必能够普遍推广到整个物种。尽管存在这种依赖遗传背景的基因组异质性，我们仍鉴定出在几乎所有遗传背景中独立出现并赋予强抗性的PMA1和PTK2反复发生的功能缺失突变。功能与生物物理学实验表明，这些突变会损害Pma1p H+-ATP酶活性并使质膜去极化，从而限制这种带正电药物的细胞摄取。我们的研究结果表明，尽管通向药物抗性的突变路径在很大程度上受到遗传背景的影响，但一种以膜电位调控为核心的趋同且不依赖背景的机制可以主导表型适应。本研究强调了将遗传多样性纳入实验进化范式的必要性，并提出质膜电位是调节化疗疗效的重要杠杆。

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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.28.741370v1?rss=1

🏷️ 实验进化 酿酒酵母 博来霉素耐药 遗传背景 膜去极化 全基因组测序