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科研人員揭示苔蘚中尼克胺合成酶基因演化奧秘
作者：刁雯蕙  來源：中國科學報
山東拓普生物工程有限公司  http://www.xhztyn.cn
9月22日，深圳市中國科學院仙湖植物園（以下簡稱“仙湖植物園”）與美國康州大學共同主導，聯(lián)合多國研究人員在《自然-通訊》上發(fā)表最新研究。研究團隊系統(tǒng)揭示了苔蘚植物中尼克胺合成酶基因（NAS）的演化歷史，指出該關鍵基因在苔蘚中的分布并非來自共同祖先，而是通過五次獨立的“水平基因轉移”事件引入。
這一發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)植物系統(tǒng)發(fā)育的認識，也為理解早期陸生植物如何適應缺鐵環(huán)境提供了新線索。
此前，NAS基因被廣泛認為是所有陸生植物祖先所獲得，但其在苔蘚類植物中的分布與功能一直未被深入探討。研究團隊分析了超過130種苔蘚植物的基因組數(shù)據(jù)，覆蓋了大部分苔蘚植物重要類群。研究發(fā)現(xiàn)NAS基因在苔蘚中存在多次獨立的水平轉移事件，且這些轉移事件涉及不同的微生物供體。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，苔蘚植物中的NAS基因并非源自單一祖先，而是通過至少五次獨立的NAS基因轉移事件從不同的微生物供體獲得，而這些事件涉及不同的苔蘚譜系及其微生物供體。例如， TetNAS基因來自細菌，而FunNAS和HypNAS/PolNAS基因則起源于真菌。這意味著這些基因并非植物祖先代代相傳，而是在進化過程中通過借用微生物的基因資源而獲得的。這種“借基因”的方式使苔蘚植物能夠快速適應不同的生態(tài)環(huán)境，特別是在鐵貧乏的極端生境中生存下來。源自微生物的基因不僅豐富了苔蘚植物的基因庫，還增強了它們在不同環(huán)境中的適應能力。
研究還發(fā)現(xiàn)，在獲得NAS基因的苔蘚類群中，該基因不僅成功表達，還參與了鐵代謝調控過程，與苔蘚原有基因網(wǎng)絡發(fā)生了互作。轉錄組數(shù)據(jù)表明，NAS基因在苔蘚假根、原絲體中表達活躍，尤其在低鐵處理下顯著上調。這表明，這些外來基因不僅被苔蘚接納，而且融入了其生命活動的核心機制，成為真正的功能性組成部分。
長期以來，科學家認為植物基因組進化主要依靠垂直遺傳，即親代向子代的基因傳遞。而水平基因轉移在動植物中被認為是極其罕見的現(xiàn)象，主要存在于微生物世界。這項研究表明，HGT在苔蘚等早期陸地植物中并不罕見，是一種快速獲取新功能、應對環(huán)境挑戰(zhàn)的重要手段。在缺乏復雜根系和維管系統(tǒng)的早期陸地植物中，獲得來自微生物的基因可能是它們得以成功登陸、擴展生態(tài)位的關鍵策略。
這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了長期以來關于NAS基因僅源自單一祖先遺傳的假設。苔蘚植物能夠通過多次水平基因轉移事件，從不同的微生物供體中獲取基因，這一復雜的基因演化歷程不僅揭示了苔蘚植物在適應陸地環(huán)境中的獨特策略，也為深入理解植物與微生物之間的相互作用提供了新的視角。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61162-w
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