陕西
近日，南京师范大学生命科学学院钟伯坚教授团队在The Plant Journal在线发表了题为Adaptive evolutionary shifts inde novobirth and fixation strategy of lineage-specific genes during plant terrestrialization的研究论文。该研究通过系统性比较基因组学方法，揭示了谱系特有基因（lineage-specific genes，LSGs）在植物登陆过程中的重要作用，并发现从头起源（de novo birth）机制在植物登陆过程中发生了适应性转变。
LSGs (lineage-specific genes) 指某些类群特有的基因，是生物演化过程中的重要内在驱动力。随着越来越多基因组数据的发表，LSGs对生物的重要意义被不断发掘。但是在泛植物演化过程中，不同祖先节点起源的LSGs的适应性作用研究相对较少，泛植物LSGs的起源机制仍不明确。该研究使用大量公共基因组数据，对泛植物不同祖先节点起源的LSGs数量、功能、起源和演化进行了系统性探讨。
首先，该研究使用大量基因组数据在目水平上鉴定了泛植物演化过程中各个祖先节点起源的LSGs数量。研究发现在泛植物演化过程中，存在14次LSGs爆发事件，并且在陆地植物和双星藻共同祖先节点以及陆地植物祖先节点处均发现了LSGs的爆发现象，这两处祖先节点的LSGs大量爆发可能促进了植物登陆。进一步功能分析表明这两次LSGs爆发事件促使大量细胞壁合成相关基因起源，增强了植物细胞壁的可塑性，助力植物更好地适应复杂多变的陆地生境。
随后该研究以物种特有基因（species-specific genes, SSGs）为研究对象，对其起源机制进行探究，发现从头起源是泛植物LSGs最主要的起源机制。对从头起源机制的进一步分析发现藻类和陆地植物在发生从头起源过程中采取了截然不同的策略。通过比较不同年龄LSGs和SSGs的基因样特征（gene-like features），发现藻类和陆地植物的从头起源过程分别遵循“预适应”和“连续性”模型，这种从头起源机制的差异可能与藻类和陆地植物对新基因毒性的抵抗能力有关。该研究在探讨了藻类和陆地植物的从头起源机制之后，进一步分析了促进其在基因组中进行固定的关键因子。通过比较大量转录组数据，发现在藻类和陆地植物中推动基因从头起源后固定的关键因子分别是更高的基因表达量和更多的基因拷贝数。
综上，该研究通过系统性分析呈现了泛植物LSGs从起源到演化到适应性意义的全貌。
图1 泛植物物种特有基因起源机制
南京师范大学生命科学学院博士研究生徐子龙为该论文的第一作者，王浩博士和张振华副教授也参与该研究，钟伯坚教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的资助。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/tpj.70977
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