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水生藻类基因组包含古代陆地植物基因

由日本金泽和神户大学以及德国马尔堡和弗赖堡大学领导的国际研究团队对来自与陆地植物密切相关的淡水绿藻海藻Chara braunii的基因组进行了测序和分析。通过将Chara的基因组与多种陆地植物基因组进行比较,科学家们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。该结果显示在该杂志细胞。

Chara braunii。 图片来源:显示Ryu / CC BY-SA 3.0。

Chara braunii。

陆地植物与其5亿年前的水生亲属分开,是一组异常多样的生物。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丰富。为了更好地理解使这种转变如此成功的遗传适应性,该团队解码了Chara braunii的基因组。

“最终有一个来自与陆地植物密切相关的藻类的基因组。这些信息将帮助我们了解哪些陆地植物功能真正新颖,“马里兰大学研究员Charles Delwiche教授说。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。作为第一个对其进行基因组测序的Charophytic藻类之一,Chara braunii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,”资深作者马尔堡大学的Stefan Rensing教授说。“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。事实上,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。“

“共有作者:Raer Hedrich教授,来自维尔茨堡大学的Rainer Hedrich教授说:”Chara braunii藻类的基因包含了迄今为止仅归属于陆地植物的许多进化创新。Chara braunii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,”共同作者马里兰大学的Caren Chang教授说。“因为我们发现Chara braunii具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 braunii还要老。”虽然Chara braunii可以对乙烯做出反应,但该团队还发现该物种缺乏制造激素所需的细胞途径的关键步骤。

Chara braunii与陆地植物共有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,从土壤中获取营养;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。“大多数在吸收和分配营养物质方面发挥作用的基因也存在于Chara braunii的基因组中,”共同作者,维尔茨堡大学的Dirk Becker教授说。

“相比之下,在Chara尚未发现陆地植物根系中存在钾的高亲和力转运蛋白。这可能意味着钾在水中比在土壤中更容易获得。“

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