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[科技日報]我科學家破解陸生植物起源密碼

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  據中國農科院最新消息,該院生物技術研究所谷曉峰課題組、張芃芃課題組與國內外科學家合作,獲得了綠色植物界最古老單細胞輪藻(Mesostigma?viride)的首個基因組,在表觀組和轉錄組研究中取得重大突破。研究揭示了植物單細胞到多細胞進化和陸生植物起源的機制,補上了生命進化過程研究中一直缺失的重要節點,對認識整個生命系統起源具有重要的理論和實踐意義。該研究成果在線發表于《尖端科學(Advanced Science)》。

  谷曉峰研究員介紹,單細胞生物到多細胞生物的演化是生命進化史上的重要里程碑。目前學術界一般認為多細胞輪藻具備根莖葉的分化,是陸生植物的祖先。迄今為止已報道基因組的陸生植物及輪藻都屬于多細胞植物,而由于單細胞輪藻基因組、表觀組等信息的缺失,科學家一直無法了解從單細胞到多細胞的進化及陸生植物的終極起源機制,極大限制了對陸生植物進化的研究,以及通過比較物種進化對核心基因和表觀調控因子的鑒定。

  M.viride是目前已知的最古老單細胞輪藻,獲得其基因組、轉錄組和表觀組信息,是揭示整個植物起源和進化的關鍵節點,對解釋地球生命進化史以及植物約10億年前的早期分化具有重要意義。研究人員組裝獲得了高質量的M.?viride?基因組,該基因組大小為442 Mb,富含重復序列,并發現可能的基因組復制事件。通過比較基因組分析,進一步揭示了單細胞輪藻已經擁有的大量和陸生植物性狀相關的遺傳信息,闡述了光合途徑進化、逆境響應等多種機制。同時,研究發現DNA胞嘧啶甲基化和小RNA等表觀遺傳修飾是低等到高等陸生植物進化過程中保守的基因轉錄調控方式,這對揭示植物生長發育、尤其是響應外界各種脅迫的應答機制意義重大。

  該研究不僅揭示了植物從單細胞到多細胞的進化與陸生植物的起源機制,其闡述的表觀遺傳調控基因表達、光合途徑進化以及響應逆境脅迫等機制,將為高等植物如糧食作物抗逆、提高光合效率乃至品種改良方面的基礎研究和育種應用提供了新思路,具有重要的指導意義。

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