未上岸先适应:5亿年前陆地植物这样起源

科技日报北京11月15日电 (记者瞿剑)北京时间15日零时,国际学术期刊《细胞》在线发表中国农科院深圳基因组所程时锋团队有关植物祖先陆地化研究的最新成果:陆地植物的共同祖先,是一个“未上岸先适应”的单细胞。

该团队与来自德国、加拿大、俄罗斯和深圳华大基因的科学家联合,首次报道了陆地植物祖先在5亿年前突破干旱适应成功登陆的分子机制,揭示了它“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。这就解开了科学界争议已久的陆地植物共同祖先起源之谜。

“植物陆地化事件是地球表面变绿和多样性爆发的起点。”论文第一作者程时锋表示,“弄清楚发生在6亿到5亿年前的植物祖先陆地化的分子机制,是一件很难却很有趣的事情。”

该研究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,是所有陆地植物最近缘的共同祖先;同时测序和分析了另外一个淡水生活的双星藻纲基因。通过比较进化基因组学研究发现,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环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。研究团队第一次将其“祖先的根”追溯到了双星藻纲的两个基因组上,并证明其起源于约6亿年前的一次从土壤细菌中来的水平基因转移事件,与植物陆地化上岸前的化石时间相吻合。

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