細菌基因或推動陸地植物進化

數億年前從微生物轉移到綠藻的基因可能推動了陸地植物的進化。一項分析表明，來自細菌、真菌和病毒的數百種基因已被整合到植物中，使后者具有適于陸地生活的特性。3月2日，相關論文發表于《分子植物》。

“我們的研究改變了陸地植物進化的傳統觀點。”論文通訊作者、美國東卡羅萊納大學生物學專家黃金玲（音譯）說，“我猜測水平基因轉移（HGT）有助于植物從水中來到陸地上，但直到現在我們才知道它發揮了多大的作用。”

HGT描述了遺傳物質在不同物種之間的移動。基因組交換事件在細菌中很常見，導致了這些原核生物抗生素耐藥性的快速傳播。但是HGT在復雜的多細胞真核生物如植物和動物中的作用仍然存在爭議。

傳統上，科學家認為真核生物的基因只能通過垂直基因轉移來移動，在這個過程中，基因從父母傳給后代，突變會產生新的基因和特征。但黃金玲和論文共同通訊作者、河南大學生命科學學院教授宋純鵬等之前已經發現，植物中的HGT可能很常見的證據。

為了研究HGT在植物進化中的作用，他們分析了31種植物的基因組。這些植物來自4個植物群，包括苔蘚、蕨類、樹木和輪藻（屬于與現代陸地植物相關的綠藻）。他們發現，現代植物中有近600個基因家族是從其他生物體，特別是細菌和真菌等微生物中轉移過來的。這個數字遠遠超過之前認為的規模。

此外，研究小組還發現，在輪藻早期進化和陸生植物起源中，有兩個主要的HGT階段，有超過100個基因家族從微生物“跳”到植物。

“我們的發現表明HGT在陸地植物進化中起著重要作用。與垂直基因轉移的突變相比，HGT能使植物迅速獲得新性狀，其中一些新性狀可以幫助植物適應截然不同的環境，比如從水中轉移到陸地上。”黃金玲說。

許多新獲得的基因在植物中具有重要的生物功能。例如，胚胎發生晚期豐富的基因也來自細菌，幫助植物適應干燥的環境。從真菌中獲得的銨轉運基因，幫助植物從土壤中吸收氮來生長。

“幾乎每個人在切洋蔥的時候都有過流淚的經歷。我們發現洋蔥中負責產生催淚劑的基因實際上來自細菌。我們直到現在才意識到這是HGT的結果。像這樣的例子還有很多。”黃金玲說。

接下來，該團隊計劃進一步探索苔蘚植物中基因的轉移。這些植物中的許多外來基因都有未知功能，進一步研究將有助于確定合適的基因，有朝一日這些基因可以被轉移到作物上，以增強它們的適應性。