大约5亿年前，绿藻陆地化作业使得绿色植物的先人开端了从简略到杂乱、从水生向陆地的跨进。再往前的大约15亿年前，光合真核生命来源于海洋，茂盛于有光和水的当地。
但是，榜首个真实的绿色植物是怎么从水生到陆生一步步演化且成功习惯的？对这一争议已久的问题，科学家们从未中止过诘问。
北京时刻11月14日24时，世界威望期刊《细胞》（CELL）在线宣布了一篇来自我国、德国、加拿大、俄罗斯科学家团队协作的最新研讨效果，报导了两个最新单细胞绿藻基因组，及其与陆地植物一起先人在5亿年前打破干旱习惯成功登陆的分子机制。
该论文榜首作者为我国农业科学院基因组所组成生物学中心程时锋，一起榜首作者为程时锋团队实习研讨员冼文飞，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，我国农业科学院立异工程，广东省岭南试验室和深圳市农业基因组研讨所和华大基因的支撑。
“当咱们无法将正确的物种定位到正确的体系发育树上时，许多生物学和进化问题就无法很好地答复。”程时锋标明，“弄清楚发作在5亿年前的植物先人陆地化的分子机制，是一件很难却很风趣的作业。”
有必要留意一下的是，生命的演化极端杂乱，有许多归纳影响的要素。但研讨团队以为，重要的是，他们找到了体系比较进化基因组学这一个极端有用的基因发现手法，协助研讨许多亿万年前的、深度同源或平行演化性状来源的分子规则。
针对体系比较进化基因组学这一手法，程时锋在承受汹涌新闻记者（）采访时标明，“体系比较进化基因组学是一个十分强有力的研讨战略和东西，特别是在研讨深度同源布景下，那些趋同演化的性状或遗传代谢通路。“
程时锋进一步解说，任何事物，全面比较了就会告知咱们单方面研讨不能取得的认知。“比较基因组学便是将两个或许多个相关的基因组进行比较，体系比较进化基因组学，便是将相关的基因组放到进化树上，依照进化联系进行有序的比较，并与方针性状相关联，找到性状收敛背面的分子机制，如担任同一趋同性状背面一起的基因或基因宗族“。
值得一提的是，同样是使用该办法，程时锋等人2018年7月曾在尖端学术期刊《科学》（Science）上宣布论文，对进化生物学上重要的现象之一结瘤固氮提出了“多重独立丢掉”的新假说。
植物陆地化改动整个生态体系，谁榜首个“上岸“？
植物陆地化是一个绵长而杂乱的演化进程。
论文中说到，在前史长时刻的跌宕变迁中，一些地舆生境呈现周期性干枯的现象，如构成小水坑、河槽、近海泥沼等，开端了与土壤细菌混合互作和开展出新的养分获取方法，逐步赋予榜首个陆地植物和它们的子孙习惯恶劣环境的才能，终究构成咱们今日看到的丰厚多样的陆生植物群落。
而植物陆地化作业深刻地改动了整个生态体系，是地球表面“变绿”和多样性迸发的起点，为包含人类在内的高级生命供给了氧气、食物、养分和天然药物等必需的生计和开展根底。
但是，现存陆地植物的一起先人终究来源于哪个类群？榜首个真实的绿色植物是怎么从水生到陆生一步步演化且成功习惯的？这仍然是充溢争议的一个问题。
绿藻及陆地植物先人演化树。
值得一提的是，在曩昔几十亿年的生命演化进程中，有多个类群的光合真核生物均曾打破干旱习惯，成功地登陆过。但简直一切的化石与分子依据均标明，现存陆地植物的来源来源于一次单一登陆作业（singularity），其一起的先人归于一种叫做链型藻（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讨，剖析过最简略原始的基部陆地植物，如藓、苔、角苔类植物（moss, liverwort, hornworts）；大部分的研讨焦点则是在淡水或部分陆地日子的Streptophyta绿藻上，如与陆地植物更挨近的结构杂乱的轮藻目(Charophyceae)或鞘毛藻目(Coleochaetophyceae)，以及形状简略得多的双星藻纲(Zygnematophyceae)分支。
一个“未上岸先习惯”的单细胞
研讨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)，别离在华大基因完满足基因组测序作业。
经过体系分类与比较进化基因组学研讨，证明了其中之一的绿藻：Spirogloea muscicola，为初次报导且来源于一个新判定分类属（Spirogloeophycidae）的新物种；并进一步证明Spirogloea muscicola是双星藻纲(Zygnematophyceae)最早分解出来的最挨近陆地植物一起先人的基部物种。
研讨团队以为，这一定论令人惊奇。这在某种程度上预示着，在该效果宣布之前，人们一向不知道真实陆地植物先人的基因组长啥样，揭露材料里也找不到任何关于这个藻种的其他描绘。更为意外的是，双星藻纲(Zygnematophyceae)的大多数物种是以单细胞或简略的丝状方式存在，这也是为什么此前的研讨，总倾向于把更像高级陆地植物的杂乱苔藓、轮藻或鞘毛藻误当成陆地植物或许的先人。
双星藻纲电镜图及体系发育树。
事实上，与其他分支的绿藻比较，双星藻纲(Zygnematophyceae)基因组有更多的与抗逆、抗干旱、抗强紫外线等相关的转录因子，与陆地植物同享着许多之前被以为是陆地植物才特有的中心基因宗族，如植物激素、与细菌、真菌共生等；其细胞壁的结构也更挨近于陆地植物。
研讨团队指出，在登陆之前，双星藻纲(Zygnematophyceae)的基因组和遗传代谢已经有了适当的基因组立异，取得了许多的新基因或宗族扩增，为习惯陆生日子早已做好了遗传物质预备（pre-adaptation）。
绿藻与陆地植物一起先人的基因与宗族立异。
别的，研讨团队在Spirogloea muscicola基因组中检测到了一次明显的近期全基因组三倍化作业（whole genome triplication）。依据研讨团队此前宣布的一项研讨数据，全基因组多倍化作业在藻类中极端稀有，但双星藻纲(Zygnematophyceae)分支中的部分物种有较丰厚的多倍化信号能被检测到。
而基因或全基因组仿制是生命由简略到杂乱演化的一个重要动力之一。研讨团队以为，双星藻纲(Zygnematophyceae)有频频发作全基因组仿制作业的潜力，与其习惯陆地环境之间的联系，是一个有待进一步深入研讨的论题。
来自土壤细菌的要害基因
更为重要的是，研讨团队发现绿色植物一起先人基因组从土壤细菌中 “借”来了两个要害基因：GRAS和PYL，这是陆地植物先人习惯陆地生境的要害分子信号。
GRAS是植物研讨中的明星基因之一，与植物成长、发育和抗逆等许多重要代谢途径相关。GRAS宗族中NSP1，NSP2，RAM1等亚宗族是调控菌枝丛根、结瘤共生固氮等植物生理生态进程很重要的转录因子。而PYL基因则是脱落酸ABA遗传通路中重要的受体因子(receptor)。
上述这些基因和功用此前一向以为只要陆地植物才特有。研讨团队榜初次在该研讨中将其“先人的根”追溯到了双星藻纲(Zygnematophyceae)的两个基因组上，并证明其来源于一次从土壤细菌中来的水平基因搬运作业（Horizontal Gene Transfer, HGTs）；经过分子体系进化剖析，发现该HGT作业发作的时刻约为5.8亿年前，正好与植物陆地化的化石时刻符合。
HGT作业是一个长时刻具有争议性的论题，许多研讨以为该现象只存在于如细菌这样的原核生射中，从细菌到高级真核生物的HGT作业极端稀有，且一般因为年代久远，很难证明。
研讨团队称，本次研讨在高质量纯化样品和精密的序列剖析的保证下，排除了细菌污染的或许，验证了基因组拼装、注释、真核基因结构和表达的数据可靠性，最终经过大规模基因组比较体系发育树剖析（phylogenomics），使用不同数据矩阵、不同软件、不同算法和分子模型，均得到一起的暗示HGT作业的拓扑结构，证明了GRAS、PYL基因从细菌搬运至绿藻Zygnematophyceae与陆地植物一起先人的HGT作业。
先人陆地植物从土壤细菌中“借来”要害基因：GRAS和PYL
据估测，该HGT作业是陆地植物先人取得功用与习惯性上“前史性腾跃”的要害一步，为后来的5亿年中，绿色植物逐步占据地球扮演了极端重要的人物。
“假如真有韶光机的话，我想回到植物5亿多年前看个终究，”程时锋称，“或许能够现场做一个功用基因转化验证明验”。
