11月14日，《細胞（CELL）》在線發表中國農業科學院深圳農業基因組研究所程時鋒團隊植物祖先陸地化研究成果。程時鋒團隊與來自德國、加拿大、俄羅斯和深圳華大基因的科學家聯合報道了兩個單細胞綠藻基因組，及其與陸地植物共同的祖先在5億年前突破干旱適應成功登陸的分子機制。該研究揭示了陸地植物祖先“借用”土壤細菌基因的遺傳物質創新以驅動漫長的陸地化進程。
在植物從水生到陸生，從簡單到復雜的演化過程中，經歷過很多重要的關鍵突破和進化創新，祖先植物陸地化是其中的重大事件之一。在基因組學時代，系統比較進化基因組學是從基因挖掘層面研究祖先植物陸地化分子基礎的強有力策略。
綠藻及陸地植物祖先演化樹
該研究證明雙星藻綱早期分化出來的一個新發現的基部陸生生活單細胞綠藻，Spirogloea muscicola，是所有陸地植物最近緣的共同祖先。該論文同時測序和分析了另外一個淡水生活的雙星藻綱基因——Mesotaenium endlicherianum。通過比較進化基因組學研究發現，之前被認為是陸地植物才有的很多轉錄因子，或與植物激素、抗旱抗逆等相關的基因家族，在該綠藻基因組上都能找到其祖先起源的“根”。
綠藻與陸地植物共同祖先的基因與家族創新
該研究發現綠色植物共同祖先基因組從土壤細菌中“借”來了兩個關鍵基因：GRAS和PYL，這是大自然自發的“遺傳工程事件”，也是陸地植物祖先適應陸地生境的關鍵分子驅動力。GRAS與植物生長、發育和抗逆等重要代謝途徑相關；PYL則是脫落酸ABA遺傳通路中重要的受體因子。此前這兩個關鍵基因一直被認為是陸地植物所特有的。研究團隊第一次將其“祖先的根”追溯到了雙星藻綱的兩個基因組上，并證明其起源于一次從土壤細菌中來的水平基因轉移事件，并通過分子系統進化分析，發現這次水平基因轉移事件發生的時間約為6億年前，與植物陸地化上岸前的化石時間相吻合。
祖先陸地植物從土壤細菌中“借來”關鍵基因：GRAS和PYL
該研究得到中國農科院科技創新工程、深圳市科創委、廣東省嶺南實驗室和華大基因資助。（通訊員 趙華）
