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海草基因组序列为耐盐性提供了见解

2018-12-31 09:03:54 • 来源：

为了减轻大气中的碳排放，研究人员已经转向沉积和储存碳的水槽 - 如热带雨林，但也包括各种陆地植物和海洋。然而，另一个鲜为人知但非常大的碳汇位于地球的软沉积物海岸线上。

海草基因组序列为耐盐性提供了见解

沿海海草生态系统覆盖面积约20万平方公里。它们占全球海洋碳固定量的15%左右，也影响硫和氮循环。此外，它们还可作为幼鱼和其他生物的托儿所，保护海岸线免受侵蚀，并有助于保持水的清澈。

第一个海洋被子植物基因组

2016年1月27日发表在Nature杂志上，这是一个欧洲团队，包括来自美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的研究人员，DOE科学用户设施办公室，对海草基因组进行了测序：采集了鳗草Zostera码头的海草基因组。来自芬兰群岛海。尽管有这个名字，但是鳗草不是真正的禾本科植物，而是完全沉没的海洋开花植物或被子植物，以及古代单子叶植物家族的成员。为了更好地了解植物在返回海水环境中所做的适应性，该团队将鳗草基因组与其淡水相关的大浮萍(Spirodela polyrhiza)进行了比较。浮萍基因组也是由DOE JGI进行测序和分析。

Zostera码头遍布整个北半球，是第一个完全测序的海洋开花植物，通过DOE JGI的社区科学计划完成。作为沿海海洋生态系统的基础物种，研究人员有兴趣了解植物 - 以及生态系统中其他植物 - 如何适应气候变化。

在适应水下生活方式时，鳗草获得的基因使其能够生活在咸水中，但失去了与陆地植物相关的基因。该团队有兴趣确定在Zostera码头返回大海时经历重大修改的途径。

荷兰格罗宁根大学的研究第一作者Jeanine Olsen称这种“可以说是陆地(甚至是淡水)物种可以接受的最极端的适应。”按照她所描述的“使用它，失去它或改变它” “情景，eelgrass修改了它的细胞壁 - 这是独特的海藻样 - 和与光敏感，植物防御和信号传导，授粉系统和内部水平衡调节相关的基因。Zostera码头失去了与紫外线防护和各种挥发物(包括萜烯烃类)相关的基因，这些物质具有作为先进燃料替代来源的应用。

比较淡水和咸水植物基因组

研究小组将鳗草基因组与浮萍进行了比较，浮萍是最简单的开花植物之一，也是Zostera码头最接近的相对序列。他们注意到由于适应淡水或陆地条件而与细胞壁结构相关的基因的差异。例如，浮萍等植物似乎失去了帮助植物在细胞壁中保留水分的基因，而鳗草已经重新获得这些基因以更好地应对低潮时的渗透压。

“他们已经重新设计了自己，”奥尔森说，影响鳗草细胞壁的变化。“虽然这已经在生物化学上已知多年，但是为细胞壁基质产生这些硫酸化多糖的潜在途径，结合低甲基化果胶(zosterin)的扩增，现在已经被揭开，并且它们强烈的负电荷性质被假设为帮助保护细胞免受渗透压。作物育种者可以从这些植物中耐盐性如何演变的课程中受益。“

随着Zostera码头草甸从阿拉斯加延伸到下加利福尼亚州，从白海延伸到葡萄牙南部，奥尔森指出，这些生态系统为研究人员提供了“一个自然实验，研究对温暖或较冷水域的快速适应，以及耐盐性，海洋酸化和光。“

更多地了解生态进化相互作用也与基于基因组学的早期预警指标的发展相关，这些预警指标可能预示着海草生态系统的崩溃。美国能源部JGI工厂计划负责人Jeremy Schmutz强调，虽然鳗草是沿海海洋生态系统功能的关键参与者，并被认为是“海洋之肺”，但它们也是濒临灭绝的。“据估计，全球近三分之一的鳗草草甸已经被径流淹没到海洋中，”他说，“减少了它们作为碳汇的潜在能力。因此，研究鳗草的适应能力是协助保护工作的迫切需要。“

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