12月16日，Nature Plants雜志在線發表了深圳華大生命科學研究院聯合德國團隊合作的研究論文，該研究報道了兩個鏈形植物門最早分化出的輪藻基因組，揭示了綠色植物起源和演化的關鍵節點，并解釋了10億年前，早期陸地植物在登陸過程中，如何逐步適應陸地環境的分子機制。
據介紹，大約15億年前的海洋，一些真核生物吞噬光合藍細菌，形成了紅藻、灰胞藻和綠藻，第一次形成了能進行光合作用的真核生物，這次事件被稱作第一次內共生事件。而在距今10億年前，綠藻進行了一次分化，一部分形成了生活環境主要在海洋的綠藻門分支，另一部分形成了生活環境主要在淡水的輪藻門分支。輪藻適應了淡水的環境，完成了從海洋到淡水的過渡，這一次進化事件猶如黎明的一道光，照亮了綠色植物陸地化的過程。從此綠色植物開始了從簡單到復雜、單細胞生物到多細胞生物，從水生到陸生的漫長而復雜的陸地化過程。
華大生命科學研究院萬種植物基因計劃(10KP)研究團隊獲取了來自德國科隆大學藻種中心Mesostigma viride (CCAC 1140) 和Chlorokybus atmophyticus (CCAC 0220)兩個輪藻，分別在華大基因完成全基因組測序分析工作。通過系統分類與比較進化基因組學研究，進一步證實了之前的科學觀點：Mesostigma和 Chlorokybus為鏈形植物門最早分化出來的綠色植物分支。從棲息地的區別來看，處在最古老階段的輪藻已經開始嘗試進行登陸了，并進行了從單細胞到多細胞轉變，從水生到陸生的適應。不僅如此，為了有效的進行陸地化準備，在早期輪藻階段，鞭毛這種和水生環境息息相關的器官也已經開始退化。早期輪藻在登陸過程中，已經開始在遺傳代謝和形態學方面進行了一些改變，為適應陸地環境開始做準備。
科學家發現，為了適應快速變化的環境, 早期的輪藻積極開展重新組裝和降解細胞壁組件增強細胞壁的靈活性在滲透壓力。通過比較基因組學，作者發現Chlorokybus具有植物類型的纖維素合成酶 (CESA/CSLD-like)，和纖維素細胞壁成分降解相關的內切葡聚糖酶 (Endoglucanase)。然而，Mesostigma不編碼植物類型的纖維素合成酶，和纖維素細胞壁成分降解相關的內切葡聚糖酶。Chlorokybus中開始出現植物類型纖維素的代謝，進一步證明了早期輪藻為了適應陸地環境，已經開始改變細胞壁的成分。另外，光敏色素是植物生長和發育的調節息息相關的重要色素,而植物類型的光敏色素的起源可以追溯到早期輪藻中，我們在早期的輪藻中發現了兩種不同類型的光敏色素，其中一種的基因結構和陸地植物相同。綠色植物在進化過程中，形態學上也發生了明顯的改變，最明顯的就是鞭毛的丟失。作者通過大規模的比較基因組學分析，發現在綠色植物分支有幾次明顯的鞭毛丟失事件，而其中一次發生在陸地化過程中。
研究人員表示，該研究提供了早期輪藻的基因組數據，彌補了藻類到植物陸地化進化研究過程中一直缺失的重要節點，進一步揭示了綠色植物陸地化過程中，一些重要基因的起源及重要遺傳代謝的進化機制，對認識整個生命系統起源具有重要的理論和實踐意義。
該論文的第一作者為深圳華大生命科學研究院與哥本哈根大學聯合培養的博士研究生王思博，華大生命科學院研究院與丹麥科技大學聯合培養的博士生李林洲，通訊作者為深圳華大生命科學研究院劉心和劉歡研究員，德國科隆大學Michael Melkonian教授等。(記者劉傳書)
關鍵詞： 植物適應機制
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