Genome-wide hypermutation-engineered Synechocystis sp. PCC 6803 reveals membrane-mediated triclosan resistance

生物 蓝藻 光合作用 基因 联合囊肿 突变 遗传学 微生物学 突变体 细菌 突变率 实验进化 光系统 拉伤 适应(眼睛) 三氯生 抗生素耐药性 模式生物 原绿藻 点突变 基因簇 突变 病菌 体细胞突变 抗菌剂 计算生物学 生物化学 基因组 DNA复制 微生物 DNA洗牌 光系统I
作者
Ping Wu,Kaixin Wei,Tianyouzi Hu,Jianfeng Chen,Guodong Luan,Liyun Sun,Jianhua Fan
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:200 (3) 被引量:1
标识
DOI:10.1093/plphys/kiag121
摘要

Cyanobacteria represent an ancient group of photosynthetic microorganisms that offer unparalleled insights into evolutionarily conserved stress adaptation mechanisms essential for plant resilience. To investigate how photosynthetic organisms mitigate chemical stressors, we employed Synechocystis sp. PCC 6803-a keystone model for photosynthetic research due to its plant-like electron transport chain and stress-responsive plasticity. By implementing a genomic hypermutation strategy, we synergistically knocked out DNA replication fidelity genes and overexpressed error-prone replication elements, generating hypermutable strains HM24 and HM33 with relative mutation rates of 97 and 116-fold, respectively. Following triclosan (TCS) stress screening, the CRISPR-Cpf1 strategy was used to complement mutations and yielded transformants R-HM24 and R-HM33 that exhibited 96 h EC50 values of 4.963 and 5.238 mg/L representing 322- and 340-fold increases over wild-type levels, respectively. The strains demonstrated enhanced TCS and multidrug antibiotic tolerance. Whole-genome resequencing identified consistent missense mutation in fabI across resistant strains. Mechanistic analyses revealed that the hypermutated Synechocystis strains acquired resistance primarily by mutating the essential fabI protein to decrease its affinity for TCS. This study establishes the application of hypermutation-driven evolution for rapid dissection of pollutant resistance in photosynthetic microbes, thereby advocating for stricter regulation of antimicrobial pollutants in aquatic environments.
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