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【中国农村网】5亿年前陆地植物的“根”在哪里?以前我们都有所误会

2019-11-17 12:00:00来源:

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  11月14日,国际权威期刊《细胞》(CELL)在线发表了中国农科院基因组所程时锋团队植物祖先陆地化研究成果。

  在植物从水生到陆生,从简单到复杂的演化过程中,经历过很多重要的关键突破和进化创新,祖先植物陆地化是其中的重大事件之一。中国农科院基因组所程时锋团队第一次将植物“祖先的根”追溯到了双星藻纲的两个基因组上,并证明其起源于6亿年前的一次从土壤细菌中来的水平基因转移事件。该研究揭示了陆地植物祖先“借用”土壤细菌基因的遗传物质创新以驱动漫长的陆地化进程。

  光合真核生命起源于大约15亿年前的海洋,繁盛于有光和水的地方;大约5-6亿年前,发生了绿藻陆地化事件,祖先绿色植物开始了从简单到复杂、从水生向陆地的迈进。植物陆地化是一个漫长而复杂的演化过程,在潮起潮落、沧海桑田的跌宕变迁中,一些地理生境出现周期性干涸的现象,如形成小水坑、河床、近海泥沼等,开始了与土壤细菌混合互作和发展出新的营养获取方式,逐渐赋予第一个陆地植物和它们的后代适应恶劣环境的能力,最终形成我们今天看到的丰富多样的陆生植物群落。植物陆地化事件深刻地改变了整个生态系统,是地球表面“变绿”和多样性爆发的起点,为高等生命,包括我们人类自己,提供了包括氧气在内的、食品、营养和天然药物等必需的生存和发展的基础。

  5亿年前陆地植物的“根”在哪里?以前我们都有所误会

  

  程时锋团队与来自德国、加拿大、俄罗斯和深圳华大基因的科学家联合报道了两个单细胞绿藻基因组,及其与陆地植物共同的祖先在5亿年前突破干旱适应成功登陆的分子机制。这篇题为“Genomes of Subaerial Zygnematophyceae Provide Insights into Land Plant Evolution”的论文,证明了双星藻纲早期分化出来的一个新发现的基部陆生生活单细胞绿藻,Spirogloea muscicola,是所有陆地植物最近缘的共同祖先。之前被认为是陆地植物才有的很多转录因子,或与植物激素、抗旱抗逆等相关的基因家族,在该绿藻基因组上都能找到其祖先起源的“根”。该研究发现绿色植物共同祖先基因组从土壤细菌中“借”来了两个关键基因:GRAS和PYL,这是大自然自发的“遗传工程事件”,也是陆地植物祖先适应陆地生境的关键分子驱动力。此前这两个关键基因一直被认为是陆地植物所特有的。

  “这其实是植物的共同祖先自然发生的一次‘遗传工程事件’,也就是人们常说的‘转基因’事件,只是背后的操作者是大自然。”程时锋笑言道。“但是生命的演化是极其复杂的,有很多综合影响的因素。重要的是,我们找到了系统比较进化基因组学这一个极其有效的基因发现手段,即便利用现存的有限物种和数据,也能帮助我们研究很多亿万年前的、深度同源或平行演化性状起源的分子规律。”从大自然多样性的物种资源中获得启发,进行目标功能基因筛选与挖掘,是如今农业育种家们需要面对的重要内容。

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