了解形成抗生素耐药性演变的制约因素对于预测和控制耐药性至关重要。尽管它很重要，但是缺乏对进化限制的系统研究。在这里，我们在添加了95种抗菌化学物质的情况下，对大肠杆菌进行了高通量的实验室进化，并量化了进化菌株的转录组、抗性和基因组图谱。利用机器学习技术，我们分析表型-基因型数据，并在进化菌株中识别低维表型状态。进一步的分析揭示了导致这些不同状态的潜在生物学过程，从而确定了与耐药性相关的权衡关系。我们还报道了β-内酰胺类抗生素耐药性的缓慢演变，这种现象是某些菌株在各种压力下所经历的一种现象，与由β-内酰胺类药物直接筛选的菌株相比，会导致对β-内酰胺类抗生素的获得性更高。这些发现弥补了基因型、基因表达和耐药性的差距，同时有助于更好地理解抗生素耐药性的进化制约因素。