中國(guó)學(xué)者解析早期登陸植物角苔基因組和植物登陸機(jī)制
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苔蘚類(lèi)包括苔、蘚和角苔三大分支，是現(xiàn)存最早的陸生植物，代表了植物演化過(guò)程中從水生到陸生的過(guò)渡類(lèi)群。長(zhǎng)久以來(lái)關(guān)于早期陸地植物的起源與植物登陸一直存在諸多爭(zhēng)論和未解之謎。
近年來(lái)，人們利用組學(xué)數(shù)據(jù)將早期陸地植物的系統(tǒng)位置爭(zhēng)論聚焦到了角苔類(lèi)上。角苔類(lèi)以其難解的系統(tǒng)位置，衍生與原始兼具的形態(tài)特征，以及其與細(xì)菌、真菌廣泛共生的特異現(xiàn)象而備受關(guān)注。
2020年2月10日，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院植物研究所的陳之端研究員、福建農(nóng)林大學(xué)的劉仲健教授、深圳仙湖植物園的張壽洲教授、比利時(shí)根特大學(xué)的Yves Van de Peer教授等合作在植物學(xué)頂級(jí)期刊Nature plants上在線(xiàn)發(fā)表題為T(mén)he hornwort genome and early land plant evolution的文章。
角苔是苔蘚類(lèi)中唯一沒(méi)有完整解析的高質(zhì)量參考基因組的類(lèi)群，該研究彌補(bǔ)了這一空白，并深入揭示了角苔基因組獨(dú)有的特征及這一類(lèi)群對(duì)陸地環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制。
圖1. 芽胞角苔與18個(gè)綠色植物的比較基因組分析。a, 基于OrthoMCL的基因家族聚類(lèi)比較。b, 19個(gè)綠色植物的基因家族獲得(+)/丟失(-)情況比較。c, 芽胞角苔、小立碗蘚和地錢(qián)的全基因組加倍事件分析。
研究人員利用三代測(cè)序的Nanopore數(shù)據(jù)和二代測(cè)序的Illumina數(shù)據(jù)，得到了119 Mb的芽胞角苔(Anthoceros angustus)基因組組裝結(jié)果，并通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)分析進(jìn)一步確定了苔蘚類(lèi)植物的單系性，并支持角苔類(lèi)位于苔蘚類(lèi)分支的最基部。研究發(fā)現(xiàn)，角苔可謂“輕裝上陣”，與其簡(jiǎn)單的形態(tài)結(jié)構(gòu)相匹配，具有一套低冗余度的小基因組。與之相對(duì)，與RNA編輯、UV耐受以及抗脫水等環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的基因家族卻在角苔基因組中通過(guò)串聯(lián)重復(fù)獲得了擴(kuò)張。
此外，角苔基因組還受益于從土壤細(xì)菌和真菌轉(zhuǎn)移而來(lái)的基因，豐富了它抗性響應(yīng)和代謝相關(guān)的基因組分。結(jié)合目前在其他苔蘚類(lèi)植物中的相關(guān)報(bào)道，該研究認(rèn)為從土壤細(xì)菌和真菌中“借”基因來(lái)更好地適應(yīng)陸地環(huán)境是早期陸地植物的“通用”手段。
相關(guān)文獻(xiàn)
Jian Zhang et al. The hornwort genome and early land plant evolution. Nature Plants https://doi.org/10.1038/s41477-019-0588-4.
