日前，中国农业科学院深圳农业基因组研究所联合国内外8家科研院所首次绘制了染色体级别的铁线蕨基因组，揭示了蕨类植物孢子发育、真叶植物起源和种子演化、茉莉素信号通路进化等分子机制。相关研究成果发表在国际知名学术期刊《自然—植物（Nature Plants）》上。

植物在4.7亿年漫长的陆地生境演化中，共形成了5大类群：苔藓植物、石松植物、真蕨植物、裸子植物和被子植物。真蕨植物作为种子植物（裸子植物和被子植物）的最近姊妹类群，与种子植物共同形成了陆地生境最重要的类群——真叶植物。

真蕨植物以孢子体和配子体均具有光合自养能力为主要特征，按照孢子类型，可分为异型孢子和同型孢子两类，其中，99%的真蕨植物为同型孢子真蕨。水龙骨目蕨类植物铁线蕨（Adiantum capillus-veneris L.）是其中具有代表性的同型孢子真蕨之一，常被当作模式生物进行研究。

铁线蕨的生命周期 。图源：中国农业科学院深圳农业基因组研究所

科研人员组装了铁线蕨基因组，获得首个铁线蕨高质量染色体级别参考基因组，拼接基因组达到4.83Gb，覆盖了97.58%的基因组，染色体数目为30。

结合转录组分析，研究人员进一步揭示了同型孢子囊从初生期到成熟期的调控机制，首次发现同型孢子发育过程与异型孢子的花粉粒具有相似性，并证实了LEC1调控网络在种子起源前至少300万年已经形成，且具有保守的同化物积累调控功能。这些结果为理解种子起源提供了新的见解。

通过对真叶植物各进化节点的祖先基因推断，研究人员首次发现真叶植物的最近共同祖先中，BRI1-BRL基因家族出现了明显扩张。研究显示了BRI1-BRL基因家族在真叶植物中发生过两次复制，从而形成了真叶植物共有的BRL2亚家族，以及种子植物中特异扩张的BRL1/BRL1-3亚家族。

BRI1-BRL基因家族在陆生植物中的分子进化。图源：中国农业科学院深圳农业基因组研究所

铁线蕨BRL2亚家族成员的组织表达分析也验证了这些基因在维管束分布丰富的叶柄和叶片中表达显著。这些结果显示，该基因亚家族的扩张很可能与真叶维管系统的起源有关，是推动真叶植物维管系统复杂化、进而产生真叶的分子动力。

此外，蕨类植物还是研究茉莉素信号通路进化的关键物种。研究人员在铁线蕨中发现了两类茉莉素活性分子OPDA和JA-Ile，并阐明了这两类活性分子及次生代谢物在体内的变化规律，解释了蕨类植物高抗虫性的原因，这项研究说明了种子植物中的主要活性分子JA-Ile在蕨类中开始出现，而在石松类和苔藓类等植物中，主要以OPDA作为茉莉素的活性分子。

该项目得到了国家自然科学基金、中国农业科学院“农科英才”计划和农业科技创新工程、深圳市农业合成生物学重点实验室等项目的资助。

（综合报道资料来源 中国农业科学院深圳农业基因组研究所、科技日报）

见习编辑 陈桥魁 审读 刘春生 审核 范锦桦