昆明植物所Nature子刊遺傳學新文章

來自中科院昆明植物所和東卡羅來納州立大學的研究人員10月23日在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上發表題為“Widespread impact of horizontal gene transfer on plant colonization of land”的論文，顛覆傳統認知揭示了水平基因轉移對于植物陸地移植的廣泛影響。

水平基因轉移（Horizontal gene transfer,HGT）是指遺傳信息在不同物種間從一個基因組向另一個基因組的轉移過程。盡管研究人員在原核生物和單細胞的真核生物中對水平基因轉移開展了廣泛的研究，并得到了充分的證實。然而對于水平基因轉移在動植物復雜多細胞真核生物中影響卻仍不是很清楚。

大概由于存在動物種系差別和植物頂端分生系統差異，除了共生關系的生物體和植物線粒體基因，水平基因轉移被通常認為在復雜的多細胞真核生物中是罕見且無意義的。然而近年來研究人員在無脊椎動物和來自獨立生命體（free-living organism，生物通編者譯）的植物中發現獲得性基因的報告對這一觀點提出了質疑。重要的是，因為所有的多細胞真核生物都是來自單細胞祖先，這一觀點使得水平基因轉移的動態性質和遠古水平基因轉移對多細胞譜系進化的貢獻大打折扣。因此，更好地了解水平基因轉移在真核生物進化中的作用，對于評估水平獲得性基因在多細胞真核生物中的存在和生物學功能至關重要。

在這篇文章中，研究人員證實水平基因轉移是一個在陸地植物早期進化中頻繁發生的動態過程。通過對小立碗蘚（Physcomitrella patens）進行基因組分析，研究人員發現了57個核基因（nuclear gene）家族，它們來自原核生物、真菌或病毒。其中大量的基因家族轉移至綠色植物或陸生植物的祖先。獲得的實驗數據表明這些古老的獲得基因與一些重要的或是植物特異性的活性例如木質部形成、植物防御、氮循環以及淀粉、多胺、激素和谷胱甘肽等的生物合成相關。

這些研究表明水平基因轉移在植物從水生向陸地環境過渡中發揮了至關重要的作用。基于這些研究發現，研究人員提出了在非維管植物(non-vascular plant)和無種子維管束植物（seedless vascular plants）中一個水平基因轉移機制的模型，并探討了水平基因轉移對于多細胞真核生物的累積影響。