CNGBdb支撑植物学重磅科研成果发表:中国科学家发现绿色植物第三门“华藻门”

2020-06-24 369藻类

2020年6月22日,Nature Ecology & Evolution 杂志刊发了一项重大科学发现,深圳华大生命科学研究院联合德国、丹麦与比利时等多国团队,报道了绿色植物当中此前一直未被发现的全新门类,解释了早期绿色植物演化的重要分子机制,为植物起源和演化增补了新的分支节点,构建出更加全面清晰的植物演化图景。

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本次研究中Prasinoderma coloniale的全基因组组装、注释和原始数据已保存在国家基因库生命大数据平台(CNGBdb),项目编号:CNP0000924

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全新门类,绿色植物第三门“华藻门”

华大生命科学研究院数字化地球研究所万种植物基因组计划 (10KP) 研究团队报道了一种深海单细胞浮游绿藻(Prasinoderma coloniale CCMP 1413)。研究团队通过构建无gap的染色体级别基因组,并结合转录组、核糖体RNA等多维数据进行多重系统发育分析及比较基因组学分析,确定了该物种属于绿色植物当中最早分化出来的分支门类——华藻门(Prasinodermaphyta),在演化上与已知的链型植物分支和绿藻门分支是姐妹关系。

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这是中国科学家首次在 “门”这一高级物种分类级别上取得突破性发现。此前,绿色植物分为两大分支:链型植物分支和绿藻门,其中链型植物分支又包含轮藻门和有胚植物。该项研究发现的植物门类属于绿色植物的第三个演化分支,由于是中国科学家主导完成,命名上取用了最能代表中国文化符号的“华”字,并结合该物种的生物学属性,将该门类的命名暂定为“华藻门” 。该项发现彻底改变了绿色植物的演化分类图谱,同时,也将现存的整个植物界的14个门类改写为15个。

Prasinoderma coloniale深海环境适应机制研究

为探究新发现物种的深海环境适应机制,该团队展开了更进一步研究,结果发现,Prasinoderma coloniale 基因组可以编码大量不同种类的光收获蛋白,与这类蛋白合成相关的基因扩张保证了该物种在深海中依然可以通过光合作用获取足够多的能量来维持正常的生命代谢。不仅如此,Prasinoderma coloniale 也拥有独特的碳浓缩机制——同时有C3和C4两种碳同化途径,使其能高效地进行碳浓缩,从而适应深海的低二氧化碳环境 。

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研究人员还发现,Prasinoderma coloniale 通过水平基因转移从细菌中获得并完整保留了天冬氨酸通路和犬尿素通路,用于合成光合作用辅酶NAD,而绿色植物另外两大分支门类当中的这两个通路都发生了不同程度的基因丢失。由此揭示,Prasinoderma coloniale 可能通过水平基因转移获得并完整保留特定的代谢通路来增强光合作用,从而适应复杂的海洋环境 。

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研究意义

该研究报道了绿色植物一个全新分支门类,将现存绿色植物分类从2个门类增加到3个门类,并证明了华藻门是最早分化的绿色植物演化分支。同时,该研究通过比较基因组学揭示了新发现物种的演化及环境适应机制,对认识整个绿色生命系统的起源具有重要的理论和实践意义。

该论文的第一作者为华大生命科学院研究院与丹麦 KU/DTU联合培养博士研究生李林洲和王思博,通讯作者为深圳华大生命科学研究院刘欢研究员,德国科隆大学 Michael Melkonian教授,比利时根特大学Yves Van de Peer教授。该项目得到了农业基因组学国家重点实验室、深圳国家基因库、深圳市科创委的支持。

万种植物基因组计划(10KP:https://db.cngb.org/10kp/)植物陆地化与早期陆地植物演化专项,专注于绿色植物水生到陆生及早期植物陆地生长适应性的分子机制研究,已经完成超过100种绿藻和苔藓基因组测序,于2019年12月在Nature Plants(Sibo Wang at. el 2019)分别发表了Mesostigma和Chlorokybus早期轮藻相关成果,揭示了绿色植物陆地化过程中一些重要基因的起源及重要遗传代谢的演化机制。2020年2月参与了Nature Plants刊发的角苔基因组早期陆地植物演化相关成果的发表。

如何将数据存储至CNGBdb并完成文章发表?

CNGBdb 的数据[存]储功能由旗下的国家基因库序列归档系统(CNSA,db.cngb.org/cnsa)负责,这是国内首个实现在线批量上传和审编的组学数据归档库,可支撑全球科研成果发表。截至2020年5月31日,CNSA已支持论文发表135篇,发表期刊88个,包括Cell、Nature、Science、Lancet等。

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参考文献:
Li, L., Wang, S., Wang, H. et al. The genome of Prasinoderma colonialeunveils the existence of a third phylum within green plants. Nat Ecol Evol (2020). https://doi.org/10.1038/s41559-020-1221-7
信息来源:“华大科技BGITech”公众号
图片来源:参考文献,CNGBdb官网。

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