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海草基因组序列为耐盐性提供了见解

2019-01-31 15:22:02 • 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库 - 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。沿海海草生态系统覆盖面积约20万平方公里。它们占全球海洋固定碳的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。

海草基因组序列为耐盐性提供了见解

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：采取了鳗草Zostera码头的海草基因组。来自芬兰的Archipelago Sea。尽管有这个名字，但是鳗草并不是真正的禾本科植物，而是完全被淹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盐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。还对浮萍基因组进行测序并通过DOE JGI进行分析。

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Zostera码头返回大海后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“可以说是陆地(甚至是淡水)物种可以接受的最极端的适应。” 根据她所描述的“使用它，失去它或改变它”的情景，eelgrass已经修改了它的细胞壁 - 这是独特的海藻样 - 以及与光敏感，植物防御和信号传导，授粉系统和调节内部水平衡。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，这些物质具有应用作为先进燃料的替代来源。

比较淡水和咸水植物基因组

该团队将鳗鱼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。“虽然这已被生物化学公知多年，具有低甲基化果胶(zosterin)的膨胀产生这些硫酸化多糖用于细胞壁基质，在组合下层通路，现在解开和它们的强负电荷的性质被假设为有助于保护细胞免受渗透压的侵害。作物育种者可以从这些植物的耐盐性进化课程中受益。“

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工厂项目负责人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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