光合真核生命起源於大約15億年前的海洋，在大約5億年前，發生了綠藻陸地化事件，綠色植物的祖先開始了從簡單到複雜、從水生向陸地的邁進。植物陸地化是一個漫長而複雜的演化過程，深刻地改變了整個生態系統，為高等生命，包括人類，提供了包括氧氣在內的、食品、營養和天然藥物等必需的生存和發展的基礎。然而陸生植物如何進化適應陸地生活的分子機制仍然不是十分清楚。
Cell雜誌線上發表了來自美國康奈爾大學Jocelyn K.C. Rose、Zhangjun Fei、斯基德莫爾學院David S. Domozych等研究人員合作題為“The Penium margaritaceum Genome: Hallmarks of the Origins of Land Plants”的研究論文。該研究公佈了單細胞藻類Penium margaritaceum（Zygnematophyceae的成員，陸地植物的姐妹譜系）的基因組序列，並且通過分析揭示了陸地植物起源的分子機制和特徵。
值得注意的是，這是近5年來第三篇Cell文章報導早期陸生植物陸地化研究進展，說明該研究領域對於整個植物領域來說是前沿性研究和熱點研究。前面兩篇Cell文章分別為：【Cell】首個輪藻基因組公佈，揭示早期植物登入的關鍵行程和【Cell】重磅！基因組所程時鋒團隊揭示植物祖先成功登入的分子機制！
在過去幾十億年的生命演化過程中，有多個類群的光合真核生物均成功地登入過。然而，幾乎所有的化石與分子證據均表明，現存陸地植物的共同祖先是一種鏈型藻（Streptophyta）類的某一個未知的支系，它們通過一次單一登入事件（singularity）形成。
現階段大部分的研究焦點是在淡水或部分陸地生活的Streptophyta綠藻上，如與陸地植物更接近的結構複雜的輪藻目（Charophyceae）或鞘毛藻目（Coleochaetophyceae），以及形態簡單得多的雙星藻綱（Zygnematophyceae）分支。
事實上，與其他分支的綠藻相比，Zygnematophyceae基因組有與陸地植物共亯著大量之前被認為是陸地植物才特有的覈心基因家族。2019年的Cell文章就認為Zygnematophyceae綱最早分化出來的Spirogloeamuscicola藻是最接近陸地植物共同祖先的基部物種。然而現存的該類藻類具有各種各樣的形態，並且化石證據表明它們僅代表了先前存在的變異的一小部分，囙此通過瞭解這些形態多樣性及其潜在的發生機制，可能對植物登入機制瞭解提供了豐富的機會。
圖1.綠藻及陸地植物祖先演化樹（2019，Cell）
研究人員報導了Zygnematophyceae的成員之一單細胞藻類Penium margaritaceum的基因組序列。Penium margaritaceum是單細胞形態，為半水生或亞空中的生活提供了顯著優勢。
該物種的基因組中具有高比例的重複序列，這些序列與大量節段基因重複相關，可能促進了新功能化。
與較早出現的典型不同藻類譜系相比，Penium margaritaceum基因組裏與陸地化相關的基因家族和調控系統的出現或擴展。這些包括大量的調節性TF家族和控制激素誘導的細胞形態和生理變化的植物激素信號傳導網絡的組成部分。最為重要的是，還有能吸收紫外線的類黃酮化合物以及參與細胞壁生物合成、組裝和重塑的大量修飾酶家族的出現，能够防止紫外線輻射和應對乾旱脅迫。
囙此，Penium margaritaceum的基因組序列顯示，該淡水藻類物種和陸生植物的姊妹譜系成員具有在陸地上生活的若干有利特徵，包括用於細胞壁生物合成的基因擴展，形成疏水性聚合物限制水分流失用來適應缺水環境，同時還含有能吸收外線的類黃酮化合物等特徵，使得植物陸地化提供了條件。
論文連結：
https://www.cell.com/action/showPdf？pii=S0092-8674%2820%2930482-7
文章來源“iPlants”公眾號
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