Zygnema。來源：uux.cn《自然遺傳學(xué)》（2024）。團(tuán)隊(duì)DOI:10.1038/s41588-024-01737-3
（神秘的破解地球uux.cn）據(jù)內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校（Dan Moser）：大約5.5億年前，植物生命首次出現(xiàn)在陸地上，陸地由內(nèi)布拉斯加大學(xué)-林肯大學(xué)計(jì)算生物學(xué)家尹彥斌共同領(lǐng)導(dǎo)的植物最早一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)破解了其卑微起源的基因組密碼，這使得地球上所有其他陸地生命，生命包括人類，形式都成為可能。因組
該團(tuán)隊(duì)——來自八個(gè)國(guó)家的密碼大約50名科學(xué)家——已經(jīng)生成了四種Zynema藻類菌株的第一個(gè)基因組序列，Zyngma藻類是國(guó)際陸地植物的近親。他們的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)揭示了植物適應(yīng)環(huán)境的能力，并為未來的破解研究提供了豐富的基礎(chǔ)。
這項(xiàng)研究于5月1日發(fā)表在《自然遺傳學(xué)》雜志上。陸地
“這是植物最早一個(gè)進(jìn)化的故事，”尹說，生命他和一位來自德國(guó)的科學(xué)家一起領(lǐng)導(dǎo)了這個(gè)研究小組。“它回答了最早的陸地植物是如何從水生淡水藻類進(jìn)化而來的基本問題。”
尹在內(nèi)布拉斯加州食品健康中心和食品科學(xué)技術(shù)部的實(shí)驗(yàn)室研究植物細(xì)胞壁碳水化合物有著悠久的歷史，植物細(xì)胞壁是人類和農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物膳食纖維的主要成分；用于生物燃料生產(chǎn)的木質(zhì)纖維素；以及保護(hù)作物免受病原體和環(huán)境壓力的自然屏障。
目前陸地上的所有植物生命都是由一個(gè)一次性的進(jìn)化事件爆發(fā)的，該事件被稱為古代淡水藻類的植物地球化。大約5.5億年前，第一批陸地植物出現(xiàn)在陸地上，被稱為鏈菌門分支中的胚胎植物，它們的到來從根本上改變了地球的表面和大氣層。
它們?yōu)槲磥淼闹参锶汉蛣?dòng)物群提供了進(jìn)化基礎(chǔ)，使包括人類和動(dòng)物在內(nèi)的所有其他陸地生命成為可能。
研究人員研究了Zynema屬的四種藻類菌株，其中兩種來自美國(guó)的培養(yǎng)物，兩種來自德國(guó)。科學(xué)家們結(jié)合了一系列尖端的DNA測(cè)序技術(shù)來確定這些藻類的整個(gè)基因組序列。
這些方法使科學(xué)家能夠在整個(gè)染色體的水平上為這些生物生成完整的基因組——這是以前從未在這類藻類上做過的。將這些基因組與其他植物和藻類的基因組進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了特定過量的細(xì)胞壁酶、信號(hào)基因和環(huán)境反應(yīng)因子。

計(jì)算生物學(xué)家尹彥斌（右）和博士后研究員馮雪涵在對(duì)藻類樣品進(jìn)行回顧。來源：uux.cn/Craig Chandler/大學(xué)傳播與市場(chǎng)營(yíng)銷學(xué)院/內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校
奧地利因斯布魯克大學(xué)、德國(guó)漢堡大學(xué)和聯(lián)合國(guó)后勤基地生物技術(shù)中心進(jìn)行的顯微鏡成像揭示了這些藻類的一個(gè)獨(dú)特特征，即細(xì)胞壁外有一層厚而高粘性的碳水化合物層，稱為粘液層。
該論文的第一作者、Husker博士后研究員馮學(xué)歡開發(fā)了一種新的有效的DNA提取方法來去除這種粘液層，以獲得高純度和高分子量的DNA。
萊布尼茨生物多樣性變化分析研究所的Iker Irisarri是該論文的共同第一作者，他說：“令人著迷的是，起源早于陸地植物數(shù)百萬年的基因構(gòu)建塊在植物和藻類的祖先身上復(fù)制和多樣化，從而使更專業(yè)的分子機(jī)制得以進(jìn)化。”。
該團(tuán)隊(duì)的另一位聯(lián)合負(fù)責(zé)人、哥廷根大學(xué)的Jan de Vries說：“我們不僅為整個(gè)植物科學(xué)界提供了寶貴的高質(zhì)量資源，他們現(xiàn)在可以探索這些基因組數(shù)據(jù)，我們的分析還揭示了環(huán)境反應(yīng)之間的復(fù)雜聯(lián)系。”
四種多細(xì)胞Zynema藻類屬于Zynematophyceae綱，是陸地植物的近親；它是一類淡水和半陸生藻類，有4000多種已描述的物種。
接合瘤藻科具有抵抗陸地脅迫的適應(yīng)能力，如干燥、紫外線、冷凍和其他非生物脅迫。理解這些適應(yīng)的關(guān)鍵是基因組序列。在這篇論文發(fā)表之前，只有四種單細(xì)胞接合瘤藻科的基因組序列可用。
尹說，這項(xiàng)研究符合國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的十大理念之一——“理解生活規(guī)則”——以應(yīng)對(duì)從清潔水到氣候適應(yīng)性等社會(huì)挑戰(zhàn)。這一發(fā)現(xiàn)在生物能源、水可持續(xù)性和碳固存等應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域也具有重要意義。
尹說：“我們的基因網(wǎng)絡(luò)分析揭示了基因的共表達(dá)，特別是那些在陸地植物和Zynematophyceae的最后一個(gè)共同祖先中擴(kuò)展和獲得的細(xì)胞壁合成和再修飾的基因。”。
“我們揭示了平衡環(huán)境反應(yīng)和多細(xì)胞生長(zhǎng)機(jī)制的深層進(jìn)化根源。”
這項(xiàng)國(guó)際研究合作包括來自美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、奧地利、加拿大、中國(guó)、以色列和新加坡八個(gè)國(guó)家20家研究機(jī)構(gòu)的約50名研究人員。Husker團(tuán)隊(duì)中的其他研究人員包括生物科學(xué)教授Chi Zhang和農(nóng)學(xué)和園藝教授Jeffrey Mower。

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