現(xiàn)存所有陸地植物,，都有同一個“祖先”,，它屬于一種“鏈型藻類”的某一個分支

　　地球誕生于45億年前，最早的生命出現(xiàn)在大約38.5億年前,，但直到5億年前,，生命都只能在水中生存,。5億年前,，一個名為“綠藻陸地化”的事件發(fā)生在地球上,，這一事件發(fā)生后，陸地上才逐漸有了生命,，人類出現(xiàn)的基礎(chǔ)也由此誕生,。

　　然而，5億年前,，水中的生物到底是如何“走”向陸地的,？這一直都是一個謎題,。日前,，通過基因技術(shù),，中國農(nóng)業(yè)科學院基因組所程時鋒團隊，聯(lián)合來自德國,、加拿大,、俄羅斯與深圳華大基因的科學家，報道了兩個最新單細胞綠藻基因組,，及其與陸地植物共同祖先在5億年前突破干旱適應(yīng)成功登陸的分子機制,。這一成果日前被國際權(quán)威期刊《細胞》在線發(fā)布。

　　滄海變成桑田后,，生物的登陸之旅

　　15億年前,，光合真核生物誕生在海洋中，在此后10億年的漫長歲月中,，這些生物“安逸”地生活在大海中,，進化緩慢。

　　大約5億年前,，隨著地球環(huán)境的逐漸變化,，一些水域開始出現(xiàn)周期性干涸，形成一個個小水坑,、河床,、近海泥沼等。降雨連綿不斷,，湖泊與河流開始星羅棋布,，有些直通入海口,，打通了海洋和內(nèi)陸的連接樞紐,，為生命的遷移提供了更廣闊的天地。一些海洋綠藻開始向淡水進發(fā),，逐漸向潮濕的陸地邁進,，在與土壤細菌的相互作用過程中，逐漸擺脫水體的依附,，發(fā)展出新的營養(yǎng)獲取方式,。

　　第一個陸地生物出現(xiàn)了，它以及它的后代有了適應(yīng)“惡劣”環(huán)境的能力,，并在此基礎(chǔ)上,，不斷進化和分化，最終形成了豐富的陸生植物群落,，也就是今天的模樣,。

　　植物陸地化事件，深刻改變了整個地球的生態(tài)系統(tǒng),，首先,，它是地球表面“變綠”,，和生物多樣性爆發(fā)的起點。在此之前,，地球毫無生機,，處處都是亂石荒漠，一些地方還冒著火山爆發(fā)的濃煙,。其次,，綠色植物生物多樣性為高等生命，包括人類,，提供了生存和發(fā)展所必須的資源,，比如氧氣、食品,、天然藥物等,。

　　誰是植物的祖先？

　　海洋綠藻的“登陸大作戰(zhàn)”,，成為了地球生物演化中至關(guān)重要的一環(huán),，對于人類也是如此，如果沒有那一次登陸,，可能就不會出現(xiàn)人類,。

　　從原始海洋中成功登陸的遠古生物，不止一種,。在漫長的進化中,，有多個類群的光合真核生物都曾經(jīng)突破干旱的封鎖，成功適應(yīng)新的環(huán)境,，并登陸到陸地上,。但是，幾乎所有的化石和分子證據(jù)均表明,，現(xiàn)存陸地植物的起源,，來自于一次單一的登陸事件。也就是說,，現(xiàn)存所有陸地植物,，都有同一個“祖先”，它屬于一種“鏈型藻類”的某一個分支,。

　　過去,，植物學家和進化學家做過很多不同的研究，他們分析過最簡單原始的基部陸地植物,，比如蘚,、苔/角苔類植物等。然而，現(xiàn)存陸地生物共同的祖先到底是哪個類群,？第一個真正的綠色植物是如何從水生到陸生一步步演化成功的,？在過去的時間里，這一謎題仍未被解開

　　“當我們無法鑒定到正確的物種并將其定位到正確的系統(tǒng)發(fā)育樹上時,，很多生物學和進化問題就無法很好地回答”，程時鋒說道,，他是該文章第一作者,，國際聯(lián)盟合作主導(dǎo)者之一，現(xiàn)任中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程團隊首席科學家,，基因組所研究員,，“弄清楚發(fā)生在5億年前的植物祖先陸地化的分子機制，是一件很難卻很有趣的事情”,，程時鋒補充道,。

　　一個還未上岸就先適應(yīng)的單細胞

　　此次，中國科學家聯(lián)合多國科學家,，組成研究團隊,。團隊獲取了來自德國科隆大學藻種中心雙星藻綱中的兩個物種，并分別完成了基因組測序工作,。

　　通過系統(tǒng)分類與比較進化基因組學研究,，證實了兩種物種中的一個——綠藻：Spirogloea muscicola，這是一種首次被報道且來源于一個新鑒定分類屬的新物種,。研究還進一步證明,，Spirogloea muscicola是雙星藻綱最早分化出來、最接近陸地植物共同祖先的基部物種,。

　　程時鋒說,，“這一結(jié)果令人驚訝，它是新發(fā)現(xiàn)的,，也就意味著人們一直都不知道陸地植物真正的祖先基因到底是什么樣的,。更意外的是，雙星藻綱的大多數(shù)物種是以單細胞或者簡單的絲狀形式存在的,；這或許是為什么過去科學家們忽視它的原因之一,，因為人們更傾向于研究那些更復(fù)雜、更像高等植物的苔蘚,、輪藻或鞘毛藻,。”

　　科學家們在新物種中發(fā)現(xiàn)了與抗逆,、抗干旱,、抗強紫外線相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，這些轉(zhuǎn)錄因子比其他綠藻中更多,。某些核心基因家族,，如植物激素合成與代謝,、與細菌/真菌共生等，在以前通常認為是陸地植物特有的,，我們基本能在該新測綠藻中找到其祖先的起源,。程時鋒說，“陸地植物的水生祖先,，在登陸之前,，已經(jīng)獲得了大量的新基因，為適應(yīng)陸生生活做好了準備”,。

　　“借來”的基因,，成為陸地化的驅(qū)動力

　　在研究中，科學家發(fā)現(xiàn),，Spirogloea muscicola這個綠色植物共同的祖先,，在土壤細菌中 “借來”了兩個關(guān)鍵基因，GRAS和PYL,，這是陸地植物祖先適應(yīng)陸地生境的關(guān)鍵分子信號,。這相當于植物的共同祖先發(fā)生了一次“遺傳工程事件”，也就是人們常說的“轉(zhuǎn)基因”事件,，只是背后的操作者是大自然,。

　　GRAS是植物研究中的明星基因之一，它“多才多藝”,，和植物生長,、發(fā)育及抗逆性等很多方面都有密切的關(guān)系。GRAS家族里面NSP1,，NSP2,，RAM1等亞家族，是調(diào)控菌枝叢根,、結(jié)瘤共生固氮等遺傳通路的重要因子,。而PYL基因則是脫落酸ABA遺傳通路中重要的受體因子(receptor)。這些基因和功能之前一直認為只有陸地植物才特有,。

　　程時鋒說,，“團隊第一次在該研究中將其‘祖先的根’追溯到了雙星綱藻的兩個基因組上，并證明其起源于一次從土壤細菌中來的水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）事件,。而且,，通過分子系統(tǒng)進化分析，發(fā)現(xiàn)該HGT事件發(fā)生的時間約為6億年前,，正好與植物陸地化的化石時間吻合,。同時，該HGT事件是陸地植物祖先獲得功能與適應(yīng)性上‘歷史性飛躍’的關(guān)鍵一步，為后來綠色植物逐漸占領(lǐng)地球扮演了極其重要的角色,?！?/span>

　　新京報記者 周懷宗