昆明植物所Nature子刊遗传学新文章

　　

生物通报道  来自中科院昆明植物所和东卡罗来纳州立大学的研究人员10月23日在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上发表题为“Widespread impact of horizontal gene transfer on plant colonization of land”的论文，颠覆传统认知揭示了水平基因转移对于植物陆地移植的广泛影响。

水平基因转移（Horizontal gene transfer,HGT）是指遗传信息在不同物种间从一个基因组向另一个基因组的转移过程。尽管研究人员在原核生物和单细胞的真核生物中对水平基因转移开展了广泛的研究，并得到了充分的证实。然而对于水平基因转移在动植物复杂多细胞真核生物中影响却仍不是很清楚。

大概由于存在动物种系差别和植物顶端分生系统差异，除了共生关系的生物体和植物线粒体基因，水平基因转移被通常认为在复杂的多细胞真核生物中是罕见且无意义的。然而近年来研究人员在无脊椎动物和来自独立生命体（free-living organism，生物通编者译）的植物中发现获得性基因的报告对这一观点提出了质疑。重要的是，因为所有的多细胞真核生物都是来自单细胞祖先，这一观点使得水平基因转移的动态性质和远古水平基因转移对多细胞谱系进化的贡献大打折扣。因此，更好地了解水平基因转移在真核生物进化中的作用，对于评估水平获得性基因在多细胞真核生物中的存在和生物学功能至关重要。

在这篇文章中，研究人员证实水平基因转移是一个在陆地植物早期进化中频繁发生的动态过程。通过对小立碗藓（Physcomitrella patens）进行基因组分析，研究人员发现了57个核基因（nuclear gene）家族，它们来自原核生物、真菌或病毒。其中大量的基因家族转移至绿色植物或陆生植物的祖先。获得的实验数据表明这些古老的获得基因与一些重要的或是植物特异性的活性例如木质部形成、植物防御、氮循环以及淀粉、多胺、激素和谷胱甘肽等的生物合成相关。

这些研究表明水平基因转移在植物从水生向陆地环境过渡中发挥了至关重要的作用。基于这些研究发现，研究人员提出了在非维管植物(non-vascular plant)和无种子维管束植物（seedless vascular plants）中一个水平基因转移机制的模型，并探讨了水平基因转移对于多细胞真核生物的累积影响。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Widespread impact of horizontal gene transfer on plant colonization of land

In complex multicellular eukaryotes such as animals and plants, horizontal gene transfer is commonly considered rare with very limited evolutionary significance. Here we show that horizontal gene transfer is a dynamic process occurring frequently in the early evolution of land plants. Our genome analyses of the moss Physcomitrella patens identified 57 families of nuclear genes that were acquired from prokaryotes, fungi or viruses. Many of these gene families were transferred to the ancestors of green or land plants. Available experimental evidence shows that these anciently acquired genes are involved in some essential or plant-specific activities such as xylem formation, plant defence, nitrogen recycling as well as the biosynthesis of starch, polyamines, hormones and glutathione. These findings suggest that horizontal gene transfer had a critical role in the transition of plants from aquatic to terrestrial environments. On the basis of these findings, we propose a model of horizontal gene transfer mechanism in nonvascular and seedless vascular plants.