为苔藓家族搭建“基因图书馆”，这项由深圳科学家参与的成果登上著名国际期刊封面

10月15日，记者获悉，近日，一个汇集了全球33家机构47位科学家的国际科研团队在全球著名学术期刊《自然-遗传学》（Nature Genetics），以封面文章的形式发表了一项苔藓植物的重磅研究成果。这项成果对覆盖47个苔藓植物目级代表的123个物种（包括苔类、藓类和角苔类）进行了高质量基因组测序，并建立了全球首个苔藓“超级泛基因组”平台，填补了陆生植物谱系中的巨大空白。

该团队由深圳市仙湖植物园、武汉华大生命科学研究院和基因组多维解析技术全国重点实验室领衔。

Nature Genetics封面

在这项成果中，研究团队发现，尽管单个苔藓植物的基因组可能不大，但它们基因家族的种类总量却远超维管植物——苔藓非冗余的基因家族有近64.7万种，而维管植物只有约37.3万种。并且，苔藓植物中“特有”及“谱系特异”基因家族的数量平均是维管植物的两倍以上。这些基因家族不仅结构独特，功能也与苔藓能在严酷环境中生存息息相关，例如耐旱、抗紫外线及抗病菌等。

Nature Genetics官网截图

苔藓为何拥有如此丰富的基因家族多样性？研究团队揭秘了它的两项“神操作”。其一是自己“从头造”，苔藓能把基因组里原本不是基因的非编码区，通过长年累月的演化，逐步改造成全新的、有功能的基因。其二是从微生物那里“抄”。苔藓是生物界的“基因搬家”高手，它们能直接从细菌、真菌、病毒等微生物那里“借用”有用的基因，即“水平基因转移（HGT）”。

研究显示，苔藓植物每个基因组平均包含约229个来源于细菌、真菌、病毒等的“外源基因”，显著高于维管植物的平均163个。并且与维管植物中多数HGT基因主要继承自远古的陆地植物祖先不同，苔藓的HGT事件贯穿于其演化历程的各个阶段。

新测序的123个苔藓植物系统树和基因组特征。

此外，研究结果还揭示了苔藓植物具备抗虫抗病“武器”。在深入研究中，团队发现苔藓植物中一个源自真菌的抗虫蛋白基因家族的演化历史。这种抗虫蛋白（FBT）具有显著的杀虫活性，且分子量小、水溶性高，显示出良好的应用潜力。

为了验证其效果，研究人员对该蛋白进行了原核表达和纯化，并进行了昆虫毒性试验。结果证实，该蛋白对棉铃虫具有高效的毒杀作用，并能显著抑制草地贪夜蛾的生长。这一发现揭示了FBT蛋白基因家族在农业抗虫领域的巨大应用潜力。

全球首个苔藓“超级泛基因组”平台。

更令人惊喜的是，研究还发现了苔藓植物独特的免疫系统。研究团队在苔藓植物基因组中发现了3类全新的抗病基因受体，这些基因就像植物免疫系统的“哨兵”，能精准识别病原体的入侵并拉响警报。为了验证其功能，团队将这些基因转入烟草中，并成功证实了它们能激活烟草的防御反应，表现出抗病活性。

据悉，与维管植物相比，苔藓植物的免疫系统具有独特的结构与功能，其抗病基因的多样性与创新性为深入探讨植物—病原体互作机制提供了新的切入点。这些新发现的抗病基因有望成为培育高抗病性农作物品种的重要基因资源，从而提升农业生产的稳定性与可持续性。

（本文图片来自《自然-遗传学》）

编辑 钟诗婷 审读 郭建华 二审 郑蔚珩 三审 彭健