谁是5亿前年第一个“上岸”绿色植物？中德加俄

大约5亿年前，绿藻陆地化事件使得绿色植物的祖先开始了从简单到复杂、从水生向陆地的迈进。再往前的大约15亿年前，光合真核生命起源于海洋，繁盛于有光和水的地方。

然而，第一个真正的绿色植物是如何从水生到陆生一步步演化且成功适应的？对这一争议已久的问题，科学家们从未停止过追问。

北京时间11月14日24时，国际权威期刊《细胞》（CELL）在线发表了一篇来自中国、德国、加拿大、俄罗斯科学家团队合作的最新研究成果，报道了两个最新单细胞绿藻基因组，及其与陆地植物共同祖先在5亿年前突破干旱适应成功登陆的分子机制。

该论文第一作者为中国农业科学院基因组所合成生物学中心程时锋，共同第一作者为程时锋团队实习研究员冼文飞，通讯作者为德国科隆大学Michael Melkonian教授以及加拿大阿尔伯塔大学Gane Ka-Shu Wong教授。该项目得到了深圳市科创委，中国农业科学院创新工程，广东省岭南实验室和深圳市农业基因组研究所和华大基因的支持。

“当我们无法将正确的物种定位到正确的系统发育树上时，很多生物学和进化问题就无法很好地回答。”程时锋表示，“弄清楚发生在5亿年前的植物祖先陆地化的分子机制，是一件很难却很有趣的事情。”

值得注意的是，生命的演化极其复杂，有很多综合影响的因素。但研究团队认为，重要的是，他们找到了系统比较进化基因组学这一个极其有效的基因发现手段，帮助研究很多亿万年前的、深度同源或平行演化性状起源的分子规律。

针对系统比较进化基因组学这一手段，程时锋在接受澎湃新闻记者（）采访时表示，“系统比较进化基因组学是一个非常强有力的研究策略和工具，特别是在研究深度同源背景下，那些趋同演化的性状或遗传代谢通路。“

程时锋进一步解释，任何事物，全面比较了就会告诉我们单方面研究不能获得的认知。“比较基因组学就是将两个或很多个相关的基因组进行比较，系统比较进化基因组学，就是将相关的基因组放到进化树上，按照进化关系进行有序的比较，并与目标性状相关联，找到性状收敛背后的分子机制，如负责同一趋同性状背后共同的基因或基因家族“。

值得一提的是，同样是利用该方法，程时锋等人2018年7月曾在顶级学术期刊《科学》（Science）上发表论文，对进化生物学上重要的现象之一结瘤固氮提出了“多重独立丢失”的新假说。

植物陆地化改变整个生态系统，谁第一个“上岸“？

植物陆地化是一个漫长而复杂的演化过程。

论文中提到，在历史长期的跌宕变迁中，一些地理生境出现周期性干涸的现象，如形成小水坑、河床、近海泥沼等，开始了与土壤细菌混合互作和发展出新的营养获取方式，逐渐赋予第一个陆地植物和它们的后代适应恶劣环境的能力，最终形成我们今天看到的丰富多样的陆生植物群落。

而植物陆地化事件深刻地改变了整个生态系统，是地球表面“变绿”和多样性爆发的起点，为包括人类在内的高等生命提供了氧气、食品、营养和天然药物等必需的生存和发展基础。

然而，现存陆地植物的共同祖先究竟起源于哪个类群？第一个真正的绿色植物是如何从水生到陆生一步步演化且成功适应的？这仍然是充满争议的一个问题。

绿藻及陆地植物祖先演化树。

值得一提的是，在过去几十亿年的生命演化过程中，有多个类群的光合真核生物均曾突破干旱适应，成功地登陆过。但几乎所有的化石与分子证据均表明，现存陆地植物的起源来源于一次单一登陆事件（singularity），其共同的祖先属于一种叫做链型藻（Streptophyta）类的某一个支系。

植物分类学家和进化学家们均做过不同的研究，分析过最简单原始的基部陆地植物，如藓、苔、角苔类植物（moss, liverwort, hornworts）；大部分的研究焦点则是在淡水或部分陆地生活的Streptophyta绿藻上，如与陆地植物更接近的结构复杂的轮藻目(Charophyceae)或鞘毛藻目(Coleochaetophyceae)，以及形态简单得多的双星藻纲(Zygnematophyceae)分支。

一个“未上岸先适应”的单细胞

研究团队获取了来自德国科隆大学藻种中心双星藻纲（Zygnematophyceae）中的两个物种(Spirogloea muscicola 和 Mesotaenium endlicherianum)，分别在华大基因完成全基因组测序工作。

通过系统分类与比较进化基因组学研究，证实了其中之一的绿藻：Spirogloea muscicola，为首次报道且来源于一个新鉴定分类属（Spirogloeophycidae）的新物种；并进一步证明Spirogloea muscicola是双星藻纲(Zygnematophyceae)最早分化出来的最接近陆地植物共同祖先的基部物种。

文章来源：《植物生理学报》 网址: http://www.zwslxbzz.cn/zonghexinwen/2021/1130/804.html