中國學者解析早期登陸植物角苔基因組和植物登陸機制
● ● ●
苔蘚類包括苔、蘚和角苔三大分支，是現(xiàn)存最早的陸生植物，代表了植物演化過程中從水生到陸生的過渡類群。長久以來關于早期陸地植物的起源與植物登陸一直存在諸多爭論和未解之謎。
近年來，人們利用組學數(shù)據(jù)將早期陸地植物的系統(tǒng)位置爭論聚焦到了角苔類上。角苔類以其難解的系統(tǒng)位置，衍生與原始兼具的形態(tài)特征，以及其與細菌、真菌廣泛共生的特異現(xiàn)象而備受關注。
2020年2月10日，來自中國科學院植物研究所的陳之端研究員、福建農(nóng)林大學的劉仲健教授、深圳仙湖植物園的張壽洲教授、比利時根特大學的Yves Van de Peer教授等合作在植物學頂級期刊Nature plants上在線發(fā)表題為The hornwort genome and early land plant evolution的文章。
角苔是苔蘚類中唯一沒有完整解析的高質量參考基因組的類群，該研究彌補了這一空白，并深入揭示了角苔基因組獨有的特征及這一類群對陸地環(huán)境的適應機制。
圖1. 芽胞角苔與18個綠色植物的比較基因組分析。a, 基于OrthoMCL的基因家族聚類比較。b, 19個綠色植物的基因家族獲得(+)/丟失(-)情況比較。c, 芽胞角苔、小立碗蘚和地錢的全基因組加倍事件分析。
研究人員利用三代測序的Nanopore數(shù)據(jù)和二代測序的Illumina數(shù)據(jù)，得到了119 Mb的芽胞角苔(Anthoceros angustus)基因組組裝結果，并通過系統(tǒng)發(fā)育基因組學分析進一步確定了苔蘚類植物的單系性，并支持角苔類位于苔蘚類分支的最基部。研究發(fā)現(xiàn)，角苔可謂“輕裝上陣”，與其簡單的形態(tài)結構相匹配，具有一套低冗余度的小基因組。與之相對，與RNA編輯、UV耐受以及抗脫水等環(huán)境適應相關的基因家族卻在角苔基因組中通過串聯(lián)重復獲得了擴張。
此外，角苔基因組還受益于從土壤細菌和真菌轉移而來的基因，豐富了它抗性響應和代謝相關的基因組分。結合目前在其他苔蘚類植物中的相關報道，該研究認為從土壤細菌和真菌中“借”基因來更好地適應陸地環(huán)境是早期陸地植物的“通用”手段。
相關文獻
Jian Zhang et al. The hornwort genome and early land plant evolution. Nature Plants https://doi.org/10.1038/s41477-019-0588-4.
