水生藻類基因組包含古代陸地植物基因

由日本金澤和神戶大學(xué)以及德國馬爾堡和弗賴堡大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)對(duì)來自與陸地植物密切相關(guān)的淡水綠藻海藻Chara braunii的基因組進(jìn)行了測(cè)序和分析。通過將Chara的基因組與多個(gè)陸地植物基因組進(jìn)行比較，科學(xué)家能夠識(shí)別出許多起源于Chara和陸地植物共有的共同祖先的重要基因。該結(jié)果顯示在該雜志細(xì)胞。

陸地植物與其5億年前的水生親屬分開，是一組異常多樣的生物。

對(duì)于植物而言，在陸地上生存需要一些新的進(jìn)化創(chuàng)新。例如，他們必須開發(fā)能夠從土壤中吸收養(yǎng)分的根系。

他們還需要能夠在沒有水的浮力幫助的情況下支撐自身重量的堅(jiān)固的莖。

陸地植物的發(fā)展是為了應(yīng)對(duì)這些和許多其他環(huán)境挑戰(zhàn)，從而使它們今天在世界范圍內(nèi)豐富。

為了更好地理解使這種轉(zhuǎn)變?nèi)绱顺晒Φ倪z傳適應(yīng)性，該團(tuán)隊(duì)解碼了Chara braunii的基因組。

“最終有一個(gè)來自與陸地植物密切相關(guān)的藻類的基因組。這些信息將幫助我們了解哪些陸地植物功能真正新穎，“馬里蘭大學(xué)研究員Charles Delwiche教授說。

Chara braunii屬于植物的一個(gè)分支，稱為Charophytic藻類，是陸生植物最親近的親戚。

作為第一個(gè)對(duì)基因組進(jìn)行測(cè)序的Charophytic藻類之一，Chara braunii已經(jīng)獲得了關(guān)于陸地植物如何從其水生祖先進(jìn)化而來的重要信息。

“我們的數(shù)據(jù)顯示，以前被認(rèn)為是陸地植物典型的許多基因已經(jīng)可以在這些藻類中找到，”資深作者馬爾堡大學(xué)的Stefan Rensing教授說。

“這意味著陸地植物生長過程中出現(xiàn)的一些重要過程比以前認(rèn)為的要古老得多。事實(shí)上，這些特征中的一些在陸地植物存在之前就已經(jīng)發(fā)生了變化。“

“共有作者：Raer Hedrich教授，來自維爾茨堡大學(xué)的Rainer Hedrich教授說：”Chara braunii藻類的基因包含了迄今為止僅歸屬于陸地植物的眾多進(jìn)化創(chuàng)新。

Chara braunii擁有檢測(cè)植物激素乙烯存在所需的所有基因。這種能力存在于所有陸地植物中，其中乙烯起著廣泛的作用，從促進(jìn)種子萌發(fā)到果實(shí)成熟時(shí)的信號(hào)傳導(dǎo)。

“鑒于乙烯在植物中的作用很多，我們想知道乙烯信號(hào)通路何時(shí)起源，”共同作者馬里蘭大學(xué)的Caren Chang教授說。

“因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)Chara braunii具有乙烯信號(hào)傳導(dǎo)的所有專門基因，這意味著這種能力甚至比Chara braunii還要老。”

雖然Chara braunii可以對(duì)乙烯做出反應(yīng)，但該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)該物種缺乏制造激素所需的細(xì)胞途徑的關(guān)鍵步驟。

Chara braunii與陸地植物共有的其他一些特征包括：卵子和精子細(xì)胞，它們?cè)试S植物制造可以分散在陸地上的種子;尖端生長，允許植物發(fā)育復(fù)雜的根，從土壤中獲取營養(yǎng);以及一些對(duì)植物細(xì)胞壁形成很重要的細(xì)胞機(jī)器，它可以讓植物支撐自身的體重。

“大多數(shù)在吸收和分配營養(yǎng)物質(zhì)方面發(fā)揮作用的基因也存在于Chara braunii的基因組中，”共同作者，維爾茨堡大學(xué)的Dirk Becker教授說。

“相比之下，在Chara尚未發(fā)現(xiàn)陸地植物根系中存在鉀的高親和力轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。這可能意味著鉀在水中比在土壤中更容易獲得。“

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