迷信家找到陆生植物配合祖先

化石证据标明，年夜约5亿-6亿年前的某个工夫，某种绿藻胜利抵挡干旱的生涯情况，登上了海洋，成为陆生植物的祖先。从此，地球开端渐渐变绿，退化出千变万化的陆生植物，并支持起全部陆活泼物零碎，包含人类。

但是，现存海洋植物的配合祖先毕竟来源于哪个类群？第一个真正的绿色植物是若何从水生到陆生一步步演变且胜利顺应的？对这个争议了良久的成绩，迷信家们不断没有停滞过诘问。

11月14日，《细胞》（CELL）揭橥的最新研讨结果答复了上述成绩。

中国农科院基因组所研讨员程时锋团队与来自德国、加拿年夜、俄罗斯的迷信家，结合证实了一个新发明的双星藻纲单细胞绿藻Spirogloea muscicola，是一切海洋植物比来缘的配合祖先。之前被以为是海洋植物才有的好多转录因子，在该绿藻基因组上都能找到其祖先来源的“根”。论文报道了海洋植物配合的祖先在5亿年前冲破干旱顺应胜利上岸的分子机制，并初次提醒海洋植物祖先“借用”泥土基因的物资立异以驱动漫长的海洋化过程。

海洋植物配合祖先之谜

光合真核性命来源于年夜约15亿年前的陆地，闹热于有光和水的处所。在水中生涯了十亿年之久，性命才克制艰苦登上海洋。

论文第一作者程时锋告知《中国迷信报》，该研讨团队介入的另一项任务——1000种绿色植物的转录组退化剖析，近期揭橥在《天然》杂志上。迷信家发明，全部植物年夜退化进程中，有好多个“年夜跃迁”转化时代，如花的来源、种子的来源、维牵制的来源等；而这些初等植物的新性状来源的基因好多都可以在海洋植物的祖先中找到。海洋植物祖先的来源，即海洋化，触及到年夜量的基因立异和基因家族收缩，是植物退化中的症结一步。植物海洋化是一个漫长而庞杂的演变进程，在潮起潮落、白云苍狗的跌荡放诞变迁中，一些地舆生境呈现周期性干枯的景象，如构成小水坑、河床、远洋泥沼等。植物祖先开端了与泥土混杂互作，并成长出新的养分获取方法，逐步付与第一个海洋植物和它的子女顺应恶劣情况的才能，最终构成我们明天看到的丰厚多样的陆生植物群落。

“植物海洋化事情深入地改动了全部生态零碎，是地球外表‘变绿’和多样性迸发的终点，为初等性命，包含我们人类本人，供给了包含氧气在内的、食物、养分和自然药物等必须的生活和成长的根底。”论文通信作者、加拿年夜阿尔伯塔年夜学传授Gane Ka-Shu Wong说。

实践上，在过来几十亿年的性命演变进程中，有多个类群的光合真核生物均曾冲破干旱顺应，胜利上岸过。

但简直一切的化石与分子证据均标明，现存海洋植物的来源起源于一次单一上岸事情，其配合的祖先属于一种叫做链型藻类的某一个支系。植物分类学家和退化学家们都做过分歧的研讨，剖析过最复杂原始的基部海洋植物，如藓、苔/角苔类植物。

Wong说明说，过来，年夜部门研讨核心在海水或部门海洋生涯的链型藻类绿藻上，如与海洋植物更接近的构造庞杂的轮藻目或鞘毛藻目，以及形状复杂得多的双星藻纲（Zygnematophyceae）分支。

“当我们无法将准确的物种定位到准确的零碎发育树上时，好多生物学和退化成绩就无法很好地答复”，程时锋说道，“弄清晰产生在5亿年前的植物祖先海洋化的分子机制，是一件很难却很风趣的工作。”

“未上岸先顺应”的单细胞

单细胞绿藻Spirogloea muscicola此前从未进入迷信家的视野。

由于之前的研讨总偏向于把更像初等海洋植物的庞杂苔藓、轮藻或鞘毛藻误当成其海洋植物的能够祖先。而这个新发明的物种，像双星藻纲的年夜多半物种一样，是以单细胞或复杂的丝状方式存在。

论文通信作者、德国科隆年夜学传授Michael Melkonia引见，该校藻种中间供给的双星藻纲的两个物种Spirogloea muscicola 和 Mesotaenium endlicherianum，辨别在华年夜基因完成全基因组测序任务。

经过零碎分类与比拟退化研讨，证明Spirogloea muscicola是初次报道的起源于一个新判定分类属Spirogloeophycidae的新物种，也是双星藻纲最早分化出来的最接近海洋植物配合祖先的基部物种。

令迷信家觉得诧异的是，此前被以为只要海洋植物才特有的焦点基因家族，如植物激素、抗逆、抗干旱、抗强紫外线、与/真菌共生等，在这个新发明物种中年夜量存在，其细胞壁也更接近于海洋植物。

“在上岸之前，双星藻纲的基因组和遗传代谢曾经有了相当的基因组立异，取得了年夜量的新基因或家族扩增，为顺应陆生生涯早已做好了物资预备。”Melkonian说。

别的，该团队在它的基因组中检测到了一次明显的近期全基因组三倍化事情。依据1000种绿色植物的转录组图谱，全基因组多倍化事情在藻类中极端少见，但双星藻纲分支中的部门物种有较丰厚的多倍化旌旗灯号能被检测到。

“基因或全基因组复制是性命由复杂到庞杂演变的一个主要动力之一。双星藻纲有频仍产生全基因组复制事情的潜力，与其顺应海洋情况之间的关系，是一个有待进一步深化研讨的话题。”程时锋说。