大約5億年前-當(dāng)我們的大陸連接在一個(gè)單一的土地上并且大多數(shù)生物都生活在水下時(shí)，金盞花(Anthoceros)是最早在土地上定植的植物之一。由蘇黎世大學(xué)(UZH)和博伊斯·湯普森研究所(Boyce Thompson Institute)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已對(duì)三個(gè)金縷梅基因組進(jìn)行了測(cè)序，從而為該組獨(dú)特生物學(xué)基礎(chǔ)的遺傳學(xué)提供了見(jiàn)識(shí)，該組是現(xiàn)存最早的陸地植物。

研究團(tuán)隊(duì)于2011年開(kāi)始了該項(xiàng)目。“花了三年時(shí)間，我們才知道如何在實(shí)驗(yàn)室條件下生長(zhǎng)和推動(dòng)金縷梅的性生活周期，又花了三年時(shí)間來(lái)正確組裝和注釋其基因組，”PéterSzövényi說(shuō)。 ，UZH研究員，該論文的最后作者。

減少肥料，提高作物產(chǎn)量

研究人員的目標(biāo)之一是找到在角藻濃縮葉綠體中二氧化碳的方法中起作用的基因，從而提高植物的制糖能力，從而提高產(chǎn)量。金合艾在陸地植物中具有這種功能，但其中某些藻類具有該特性。因此，研究人員將金銀花的基因組與藻類的基因組進(jìn)行了比較，并發(fā)現(xiàn)了一種基因LCIB，該基因由兩組植物共享，但與其他陸地植物沒(méi)有共享。博伊斯·湯普森研究所和康奈爾大學(xué)的植物生物學(xué)家第一作者李·魏·李解釋說(shuō)：“如果可以在農(nóng)作物中安裝這種碳濃縮機(jī)制，那么它們可以用相同量的肥料長(zhǎng)大。”

與細(xì)菌共生以獲得氮

此外，金縷梅與真菌和藍(lán)細(xì)菌共生，為植物提供磷和氮。研究人員還鑒定了40種基因，它們可能促進(jìn)角艾菊的氮源，這是由于它們與藍(lán)細(xì)菌具有相互依存的關(guān)系，而藍(lán)細(xì)菌是陸地植物的獨(dú)特特征。Szövényi說(shuō)：“如果將這種能力的金花蒿轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物上，則可以節(jié)省很多噸的氮肥。”肥料的這種減少可能有益于環(huán)境，因?yàn)檫^(guò)量的農(nóng)業(yè)氮經(jīng)常進(jìn)入水道，在水道中會(huì)導(dǎo)致致命的藻華。Szövényi和Li已經(jīng)在進(jìn)行一個(gè)項(xiàng)目，以了解共生植物與藍(lán)細(xì)菌相互作用的潛在遺傳機(jī)制。

照亮陸地植物的起源

該研究還闡明了早期陸地植物的進(jìn)化。沒(méi)有氣孔，大多數(shù)植物就無(wú)法吸收二氧化碳，無(wú)法在陸地環(huán)境中繁衍生息。因此，氣孔是陸地環(huán)境定殖的一項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新。然而，到目前為止，尚不清楚氣孔是否在陸地植物中獨(dú)立進(jìn)化了一次或可能多次進(jìn)化了。金盞花在產(chǎn)生孢子的階段具有氣孔。Szövényi解釋說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，控制花植物氣孔發(fā)育的基本遺傳工具與角果共享。”這一發(fā)現(xiàn)與以下假設(shè)相一致：在最近的陸地植物的共同祖先中，氣孔只進(jìn)化了一次。

角蒿，地草和苔蘚是最早在土地上定植的植物，但是這三類之間的關(guān)系以前尚不清楚。費(fèi)依威。