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国际合作在古老的水生藻类中发现了陆生植物基因

2019-04-09 14:15:40 • 来源：

陆地植物从5亿年前的水生亲戚中分离出来，是一种极其多样化的生物群 - 从高大的红杉到芬芳的玫瑰，再到苔藓的地毯。

国际合作在古老的水生藻类中发现了陆生植物基因

对于植物而言，在陆地上生存需要一些新的进化创新。例如，他们必须开发能够从土壤中吸收养分的根系。他们还需要能够在没有水的浮力帮助的情况下支撑自身重量的坚固的茎。陆地植物的发展是为了应对这些以及许多其他环境挑战，从而使它们今天在世界范围内广泛存在。

为了更好地理解使这种转变如此成功的遗传适应性，一个包括马里兰大学三位研究人员在内的国际团队对Chara braunii(一种与陆地植物密切相关的淡水绿藻)的基因组进行了测序和分析。通过比较Chara的基因组与多个陆地植物基因组，该团队能够识别出许多起源于Chara和陆地植物共有的共同祖先的重要基因。

该研究论文于2018年7月12日发表在Cell杂志上。

“最终有一种来自与陆地植物密切相关的藻类的基因组，这很棒，”UMD细胞生物学和分子遗传学教授Charles Delwiche说，他是植物进化专家。“这些信息将有助于我们了解哪些陆地植物功能真正新颖。”

Chara braunii属于植物的一个分支，称为Charophytic藻类，是陆生植物最亲近的亲戚。作为第一个对基因组进行测序的Charophytic藻类之一，Chara已经获得了关于陆地植物如何从其水生祖先进化而来的重要信息。

“我们的数据显示，以前被认为是陆地植物典型的许多基因已经可以在这些藻类中找到，”马尔堡大学细胞生物学教授Stefan Rensing说。“这意味着陆地植物生长过程中出现的一些重要过程比以前认为的要古老得多。实际上，这些特征中的一些在陆地植物存在之前就已经发生了变化。”

例如，Chara拥有检测植物激素乙烯存在所需的所有基因。这种能力存在于所有陆地植物中，其中乙烯起着广泛的作用，从促进种子萌发到果实成熟时的信号传递。

“鉴于乙烯在植物中的作用很多，我们想知道乙烯信号通路何时起源，”UMD细胞生物学和分子遗传学系教授，植物乙烯信号传导专家Caren Chang说。“因为我们发现Chara拥有乙烯信号传导的所有专门基因，这意味着这种能力甚至比Chara更老。”

虽然Chara可以对乙烯做出反应，但科学家们还发现，Chara缺乏制造这种激素所需的细胞通路的关键步骤。Chang的实验室目前正在调查Charophytic藻类和一些陆地植物(如苔藓，苔类和蕨类植物)中不完全乙烯制造途径的演变和功能。

Chara与陆地植物共享的其他一些特征包括：卵子和精子细胞，它们允许植物制造可以分散在陆地上的种子;尖端生长，允许植物发育复杂的根，从土壤中获取养分;以及一些对植物细胞壁形成很重要的细胞机器，它可以让植物支撑自身的体重。

展望未来，Delwiche计划对其他与陆生植物相关的藻类藻类的基因组进行测序。

“拥有完整基因组的一个非常酷的事情是，你可以开始了解缺少什么零碎和系统，”Delwiche说。“确定哪些基因缺失，以及哪些物种，将使我们深入了解植物是如何进化的。”

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