Nature首次发布海洋被子植物基因组草图

Nature首次发布海洋被子植物基因组草图

为了减缓大气中的碳排放,研究人员转向了碳汇——积累和储存碳的储藏所,如热带雨林,也包括各种各样的陆生植物和海洋。然而,另一个鲜为人知、但却非常大的碳汇位于地球的软沙海岸线。

Nature首次发布海洋被子植物基因组草图
Nature首次发布海洋被子植物基因组草图

沿海的海草生态系统覆盖了大约200000平方公里。它们约占全球碳固定的百分之15,而且还影响硫和氮循环。此外,它们作为幼鱼和其他生物的温床,保护海岸线免受侵蚀,并有助于保持水体的清澈。

第一种海洋被子植物基因组
2016年1月27日在《Nature》杂志上发表的一项研究中,一个欧洲团队——包括来自美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的研究人员,测定了一种海草(大叶藻,Zostera marina)的基因组序列,样本取自芬兰群岛海域。尽管称为海草,但大叶藻并不是真的草类,而是完全淹没在海洋里的开花植物(或被子植物),一个古老单子叶植物家族的成员。为了更好地适应环境,植物返回到咸水环境中,该研究小组将大叶藻的基因组与淡水近缘植物大浮萍 (Spirodela polyrhiza)进行了对比。浮萍的基因组测序和分析是由DOE JGI完成的。

在北半球被发现,大叶藻是第一种被完全测序的海洋开花植物,这项工作是通过DOE JGI的科学项目完成的。作为沿海海洋生态系统中的基础性物种,研究人员非常想了解这一植物——引申开来在生态系统中的其他植物,是如何适应气候变化的。

在适应水下生活的过程中,大叶藻获得了一些基因,可允许它生活在咸水中,但却失去了一些与陆地植物性状相关的基因。该小组很想确定“在大叶藻返回大海后经历重大修改的途径”。

本研究首席作者、荷兰格罗宁根大学的Jeanine Olsen称之为“一个陆地(甚至淡水)物种可能经受的最极端的适应。她解释说,大叶藻已修改了其细胞壁——这是更独特的海藻样特征。并修改了与光传感、植物防御信号、传粉系统和内部水平衡调节相关的基因。大叶藻失去了紫外线保护和各种挥发物(包括萜类,有很多应用的烃类,可作为先进燃料的另一替代源)生产相关的基因。

 

淡水和咸水植物基因组的比较
该研究小组比较了大叶藻和浮萍的基因组,浮萍是最简单的一种开花植物,是已经测序的、与Zostera marina亲缘关系最近的植物。他们注意到,由于对淡水或陆地条件的适应,细胞壁结构相关的基因有所差异。例如,浮萍之类的植物似乎失去了帮助植物将水保存在细胞壁中的基因,而大叶藻则重新获得了这些基因,以更好地应对退潮时的渗透胁迫

Olsen这样描述影响大叶藻的变化:“它们已经重新改造了自己。”虽然多年来,这已知是生化变化,但是,产生这些硫酸多糖用于细胞壁基质的根本途径,与低甲基化果胶(大叶藻素)的扩张相结合,已被科学家们阐明,并且它们带有强大负电荷的本质,被认为有助于保护细胞免于渗透胁迫。作物育种家可能会受益于‘这些植物如何进化出了耐盐性’的见解。”

随着大叶藻草甸从阿拉斯加延伸至加利福尼亚,从白海到葡萄牙南部,Olsen指出,这些生态系统给研究人员提供了“一个天然实验”,来研究植物对温暖或寒冷水域、以及耐盐、海洋酸化和光的快速适应。

了解关于生态-进化相互作用的更多信息,也与基因组学为基础的早期预警指标的发展有关,可能预示着海草生态系统崩溃。DOE JGI植物项目负责人Jeremy Schmutz强调,虽然大叶藻是沿海海洋生态系统功能中的关键角色,并被认为是“海洋的肺”,它们也濒临着灭绝。他说:“据估计,全世界有近三分之一的大叶藻草甸被径流破坏进入海洋,从而降低了它们作为碳汇的潜在能力。因此,研究大叶藻的适应能力,是协助保护工作刻不容缓的事情。”

Related Posts

啤酒厂废水养微藻变身新型肥料! Read More

氮胁迫对微藻脂质积累的调控机制

在现代生物燃料产业中,微藻因其丰富的资源潜力和高效的产油产率而受到广泛关注。特别是氮胁迫,作为一种环境刺激因素,已被证明可以有效调控微藻的脂质积累,从而为生物柴油的生产提供新的原料来源。本文将探讨氮胁迫对微藻脂质积累的调控机制,以及其在生物柴油工业化生产中的应用前景。…

“绿藻侠”有什么本事? Read More

微藻与加湿器联合

微藻与加湿器的创新性联合创造了一种全新的室内环境改善系统,这种系统不仅能够调节空气湿度,还能主动净化空气、调节二氧化碳和氧气平衡。理解这一联合系统的工作原理,需要分别考察微藻和加湿器在其中的角色,以及它们如何协同作用产生"1+1>2"的效果。这种跨界组合实质上模拟并优化了自然界中水循环与碳循环的基本过程,将其浓缩到一个高效、可控的家用设备中。…

Write a comment