蕨類植物是地球上最多樣化的植物種群之一,也是僅有的沒有完成基因組測序的主要植物種群。2018年7月18日,美國康奈爾大學研究人員在《自然-植物》期刊上發表了其完成蕨類植物基因組測序的結果。
蕨類植物的基因組較大,可以擁有多達720對染色體,包含多達1480億個堿基對的DNA序列(Gb)。相比之下,第一個完成基因組測序的植物——擬南芥(Arabidopsis thaliana)只有5對染色體,基因組大小為0.135 Gb。
研究人員選擇了兩種基因組較小的蕨類植物Azolla filiculoides(0.75 Gb)和Salvinia cucullata(0.26 Gb)進行測序。這兩種蕨類植物都具有非常有趣的特征。例如,Azolla被認為在數千萬年前對降低地球溫度發揮了重要作用。大約在5000萬年前,Azolla覆蓋了北極的海域,從大氣中清除了大量二氧化碳,使極地溫暖的溫室地球變成了如今極地冰雪覆蓋的模樣。Azolla還可以用作水稻田中的“綠肥”,它含有固氮微生物,可以從大氣中捕獲氮元素。與其他大部分植物-微生物共生關系不同,Azolla整個生命周期都與固氮藍藻相關,且當其繁殖時會將共生菌從親代傳給子代。該研究小組鑒定了幾個Azolla與共生菌相互作用的基因。
蕨類植物也善于抵御昆蟲。研究人員鑒定了S. cucullata中編碼殺蟲蛋白的基因,發現這些基因并不是由植物祖先進化而來,而是來自細菌。這說明基因可以在生物體之間自然遷移。
未來,蕨類植物學家還希望對其他蕨類植物的基因組進行測序,并解開蕨類植物更多的秘密。