11月14日，《細(xì)胞（CELL）》在線發(fā)表中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所程時(shí)鋒團(tuán)隊(duì)植物祖先陸地化研究成果。程時(shí)鋒團(tuán)隊(duì)與來自德國(guó)、加拿大、俄羅斯和深圳華大基因的科學(xué)家聯(lián)合報(bào)道了兩個(gè)單細(xì)胞綠藻基因組，及其與陸地植物共同的祖先在5億年前突破干旱適應(yīng)成功登陸的分子機(jī)制。該研究揭示了陸地植物祖先“借用”土壤細(xì)菌基因的遺傳物質(zhì)創(chuàng)新以驅(qū)動(dòng)漫長(zhǎng)的陸地化進(jìn)程。
在植物從水生到陸生，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演化過程中，經(jīng)歷過很多重要的關(guān)鍵突破和進(jìn)化創(chuàng)新，祖先植物陸地化是其中的重大事件之一。在基因組學(xué)時(shí)代，系統(tǒng)比較進(jìn)化基因組學(xué)是從基因挖掘?qū)用嫜芯孔嫦戎参镪懙鼗肿踊A(chǔ)的強(qiáng)有力策略。
綠藻及陸地植物祖先演化樹
該研究證明雙星藻綱早期分化出來的一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的基部陸生生活單細(xì)胞綠藻，Spirogloea muscicola，是所有陸地植物最近緣的共同祖先。該論文同時(shí)測(cè)序和分析了另外一個(gè)淡水生活的雙星藻綱基因——Mesotaenium endlicherianum。通過比較進(jìn)化基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，之前被認(rèn)為是陸地植物才有的很多轉(zhuǎn)錄因子，或與植物激素、抗旱抗逆等相關(guān)的基因家族，在該綠藻基因組上都能找到其祖先起源的“根”。
綠藻與陸地植物共同祖先的基因與家族創(chuàng)新
該研究發(fā)現(xiàn)綠色植物共同祖先基因組從土壤細(xì)菌中“借”來了兩個(gè)關(guān)鍵基因：GRAS和PYL，這是大自然自發(fā)的“遺傳工程事件”，也是陸地植物祖先適應(yīng)陸地生境的關(guān)鍵分子驅(qū)動(dòng)力。GRAS與植物生長(zhǎng)、發(fā)育和抗逆等重要代謝途徑相關(guān)；PYL則是脫落酸ABA遺傳通路中重要的受體因子。此前這兩個(gè)關(guān)鍵基因一直被認(rèn)為是陸地植物所特有的。研究團(tuán)隊(duì)第一次將其“祖先的根”追溯到了雙星藻綱的兩個(gè)基因組上，并證明其起源于一次從土壤細(xì)菌中來的水平基因轉(zhuǎn)移事件，并通過分子系統(tǒng)進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)這次水平基因轉(zhuǎn)移事件發(fā)生的時(shí)間約為6億年前，與植物陸地化上岸前的化石時(shí)間相吻合。
祖先陸地植物從土壤細(xì)菌中“借來”關(guān)鍵基因：GRAS和PYL
該研究得到中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、深圳市科創(chuàng)委、廣東省嶺南實(shí)驗(yàn)室和華大基因資助。（通訊員 趙華）
