Nature Plants|角苔基因组解析可以促进作物的改良
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图片来源: Eftychis Frangedakis
研究人员对三种hornworts（角苔）基因组进行了测序，其中包括 Anthoceros agrestis。这些古老的植物拥有进化的秘密，可以帮助农作用较少的肥料物更有效地生长。
大约5亿年前，当我们的大陆可能连接在一块大陆上，而且大多数生命存在于水下时，角苔是最早在陆地上生长的植物类群之一。但是生物学家对这些古老植物的基因一直不甚了解，因为它们有着非常独特的生物学特性。
来自Boyce Thompson研究所的Fay-Wei Li、来自苏黎世大学的Peter Szovenyi和来自世界各地的研究人员对3种角苔的基因组进行了测序，揭示了陆地植物的起源。研究小组还发现了可能支撑植物获取碳和氮的特殊方法的基因。
这些发现可能会导致使用较少的合成肥料而且高产的作物的发展。
“我们知道生命基本上是由碳、氮和磷构成的，这些元素是提高农业产量的关键，”该论文的通讯作者之一、BTI教员Li说。“如果我们能够解开角苔的秘密，那么我们或许能够将这些特性转移到农业上重要的植物上。”
研究结果发表在3月13日的《Nature Plants》杂志上。
研究小组在2011年开始这个项目，苏黎世大学的研究员Szövényi和论文的其他通讯作者说。“我们花了三年时间才弄清楚在实验室条件下如何培育和完成它们的有性生活周期，又花了三年时间才正确地组装和注释它们的基因组。”
研究人员的目标之一是找到在角苔将二氧化碳浓缩在叶绿体内的方法中起作用的基因，这种方法可以提高植物制造糖的能力。
角苔是陆生植物中唯一具有这种能力的，但有些藻类具有这种能力。因此，研究小组将金鱼藻的基因组与藻类的基因组进行了比较，发现了一个基因 LCIB，这个基因是两类植物共有的，但其他陆生植物没有。
BTI教员Li(Fay-Wei Li)在纽约州荷马市的一片玉米地里采集角苔属植物的标本。
图片来源: Boyce Thompson Institute
康奈尔大学植物生物学兼职助理教授Li说: “如果这种碳浓缩机制可以应用在农作物上，那么在同样量的肥料下，它们可以长得更大。”。
该研究小组还确定了40个可能促进角苔类氮源的基因，这些氮源来自于与蓝细菌的共生关系。“这是一个非常独特的功能，”Li说。“很少有植物能做到这一点。”
李说，如果作物能够发展成与蓝藻有类似的共生关系，那么农民就可以少用氮肥。化肥的这种减少可能有益于环境，因为过量的农业氮经常进入水体，导致致命的藻华。
Li计划进一步研究这些基因，这是美国国家科学基金会(National Science Foundation)最近资助的EDGE项目的一部分，该项目旨在开发测定角苔基因功能的技术。Li说:“一旦我们有了基因工具，我们就可以研究这些基因在角苔获取碳和氮的非常规方式中的作用。”
研究也揭示了早期陆地植物的进化。角苔、地钱和苔藓是最早在陆地上生长的植物之一，但这三类植物之间的关系尚不清楚。
Li说:“就陆地植物之间的关系而言，关于角苔的位置一直存在很大的争议。在这里，我们有强有力的证据表明角苔、地钱和苔藓彼此之间的亲缘关系比它们与维管植物的关系更密切。我们还发现，苔类和苔藓的亲缘关系比角苔类更近。
Li补充道:“我们生成的数据填补了我们试图理解陆地植物进化过程中的一个非常重要的空白。”
文献来源:
Li, F., et al. Anthoceros genomes illuminate the origin of land plants and the unique biology of hornworts. Nat. Plants 6, 259–272 (2020). doi.org/10.1038/s41477-020-0618-2
https://www.nature.com/articles/s41477-020-0618-2
新闻报道来源：
https://phys.org/news/2020-03-hornwort-genomes-crop.html
作者：Sheri Hall, Boyce Thompson Institute
译文校稿：LuLu
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