中國農(nóng)業(yè)科學院報道植物祖先陸地化研究新發(fā)現(xiàn)

在植物從水生到陸生，從簡單到復(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。在基因組學時代，系統(tǒng)比較進化基因組學是從基因挖掘?qū)用嫜芯孔嫦戎参镪懙鼗肿踊A(chǔ)的強有力策略。

中國農(nóng)業(yè)科學院基因組所程時鋒團隊發(fā)表了題為“Genomes of Subaerial Zygnematophyceae Provide Insights into Land Plant Evolution”的論文，證明了雙星藻綱早期分化出來的一個新發(fā)現(xiàn)的基部陸生生活單細胞綠藻，Spirogloea muscicola，是所有陸地植物近緣的共同祖先。

這一研究發(fā)現(xiàn)公布在Cell雜志上，程時鋒團隊與來自德國、加拿大、俄羅斯和深圳華大基因的科學家聯(lián)合報道了兩個單細胞綠藻基因組，及其與陸地植物共同的祖先在5億年前突破干旱適應(yīng)成功登陸的分子機制。該研究揭示了陸地植物祖先“借用”土壤細菌基因的遺傳物質(zhì)創(chuàng)新以驅(qū)動漫長的陸地化進程。

研究人員證明了雙星藻綱早期分化出來的一個新發(fā)現(xiàn)的基部陸生生活單細胞綠藻，Spirogloea muscicola，是所有陸地植物近緣的共同祖先。該論文同時測序和分析了另外一個淡水生活的雙星藻綱基因組, Mesotaenium endlicherianum。通過比較進化基因組學研究發(fā)現(xiàn)，之前被認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”。

這項研究發(fā)現(xiàn)綠色植物共同祖先基因組從土壤細菌中“借”來了兩個關(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)動力。GRAS與植物生長、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。

此前這兩個關(guān)鍵基因一直被認為是陸地植物所*的。研究團隊次將其“祖先的根”追溯到了雙星藻綱的兩個基因組上，并證明其起源于一次從土壤細菌中來的水平基因轉(zhuǎn)移事件，并通過分子系統(tǒng)進化分析，發(fā)現(xiàn)這次水平基因轉(zhuǎn)移事件發(fā)生的時間約為6億年前，與植物陸地化上岸前的化石時間相吻合。

基因組所程時鋒研究員為該文作者，德國科隆大學Michael Melkonian教授以及加拿大阿爾伯塔大學Gane Ka-ShuWong教授為該文共同通訊作者，基因組所程時鋒團隊冼文飛實習研究員為共同作者。項目受到深圳市科創(chuàng)委、中國農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程、廣東省嶺南實驗室和華大基因的資助。