早期分化链型藻类基因组揭示植物陆地化进程

植物从水生向陆生环境的过渡是进化史上一个至关重要的时刻。虽然陆地植物（胚胎植物）已经得到了广泛研究，但与其亲缘关系最近的藻类近亲——链型藻类（Streptophyte algae）——为这一转变提供了关键见解。在发表于《自然·植物》（Nature Plants）的最新研究中，我们发布了中胚藻（Mesostigma viride）和拟色球藻（Chlorokybus atmophyticus）的基因组组装序列。作为两个最早分化的链型藻类，这些基因组为研究陆地植物出现前，祖先植物如何适应亚空中环境提供了独特视角。

主要发现

• 与陆地适应相关的基因组特征： 比较基因组学揭示，链型藻类的共同祖先已经具备了适应陆地环境的遗传特征。其中包括基于光敏色素的光感知系统、类胚胎植物的光呼吸途径、逆境响应转录因子以及纤维素合成途径，这些都是典型的陆地植物特征。

• 淡水与陆生藻类迥异的基因组演化： 生活在淡水中的中胚藻表现出基因组精简（streamlining）的证据，包括丢失了某些陆地适应相关基因。而繁衍于亚空中环境（如潮湿岩石或土壤表面）的拟色球藻，则保留了在恶劣陆地条件下生存的关键遗传元件。

• 植物激素与转录因子的功能见解： 基因组分析突显了植物激素信号通路组分的早期获得，例如对逆境适应至关重要的细胞分裂素（cytokinin）和脱落酸（ABA）。重要的是，多个参与环境响应的转录因子家族也起源于早期链型藻类。

研究感悟

在 2017 年，我们启动了“万种植物基因组计划”（10KP），旨在对植物各大分支的代表性物种进行测序，重点关注参考基因组组装和比较分析。藻类在该计划中占有重要地位，我们团队与科隆大学的 Michael Melkonian 教授合作，深入研究了这些具有重要意义的藻类基因组。这项研究代表了我们在植物进化研究领域取得的一项重大成果。

就我个人而言，藻类非常令人着迷——不仅因为它们能提供陆地适应的见解，更因为它们弥合了植物生物学中的进化断层。我们的团队成员王思博（Sibo Wang）为本项目做出了重要贡献，推动了数据分析和基因组组装工作的开展。随着我们继续扩展藻类基因组图谱，我倍感兴奋，期待能解锁更多连接水生祖先与陆地植物的进化奥秘。

研究全文可通过 Nature Plants 在线访问。