科学家破解陆生植物起源密码

多细胞集胞藻因其根、茎、叶的分化，被学术界认为是陆生植物的祖先。最近，科学家获得了绿色植物群落中最古老的单细胞藻类(中柱藻)的第一个基因组，在表观基因组和转录组研究方面取得了重大突破。相关成果发表在《高级科学》在线版上。

从单细胞生物到多细胞生物的进化是生命进化史上的一个重要里程碑。迄今为止，已报道基因组的陆生植物和轮藻都属于多细胞植物。然而，由于缺乏单细胞轮藻的基因组和表观遗传群等信息，研究人员一直无法了解单细胞向多细胞的进化以及陆生植物的最终起源机制，这极大地限制了陆生植物进化的研究以及通过物种进化的比较来识别核心基因和表观遗传调控因子。

《中国科学报》获悉，这项成果是由中国农业科学院生物技术研究所研究员顾晓峰的研究小组和张芃芃的研究小组与国内外科学家合作完成的。

张芃芃说，六轮藻是目前已知的最古老的单细胞单细胞藻类。获得其基因组、转录组和表观遗传信息是揭示整个植物起源和进化的关键节点，对解释地球生命的进化史和10亿年前植物的早期分化具有重要意义。研究人员组装了一个高质量的基因组，442 Mb大小，富含重复序列，并发现了可能的基因组复制事件。

通过比较基因组分析，进一步揭示了单细胞轮藻已经拥有大量与陆生植物性状相关的遗传信息，并阐述了光合途径进化和胁迫响应等多种机制。

顾晓峰告诉《中国科学报》，该研究揭示了植物单细胞向多细胞进化的机制和陆生植物的起源，补充了生命进化研究过程中缺失的重要节点，对理解整个生命系统的起源具有重要的理论和实践意义。同时，表观遗传调控基因表达的机制、光合途径的进化和对胁迫的响应等机制的阐述，将为高等植物如粮食作物在抗逆、提高光合效率甚至品种改良方面的基础研究和育种应用提供新的思路。

该研究得到了中国农业科学院科技创新项目等项目的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/advs.20190185