苔藓基因是植物生命爆发的导火索

2020-10-10 146苔藓

约翰因内斯中心的科学家已经鉴定出控制植物根毛发育的基因。Liam Dolan教授在《科学》杂志上发表报告说,这些基因也在苔藓中发现,这一发现改变了我们对今天所看到的植物是如何在4亿年前进化的理解,苔藓基因是植物生命爆发的导火索。

研究背景

植物利用根来固定自己,并吸收养分。根毛是从根中生长出来的单个细胞,大大增加了根的表面积。研究人员发现了根毛生长所需的一对基因。当这些基因被关闭时,植物产生无毛的根。

苔藓基因是植物生命爆发的导火索

并非所有的植物都有根。在进化上,像苔藓这样的古老植物却生长出称为茎瘤和假根的细胞。茎瘤细胞增加了营养吸收的表面积,而根瘤提供了锚定。科学家们发现,控制根毛生长的基因与调节苔藓类植物茎瘤和类根瘤发育的基因非常相似。

事实上,他们能够用苔藓中的相同基因替换掉植物中关闭的基因,并产生毛状根。然而,茎瘤和根瘤与根毛不同,主要区别在于根毛是二倍体的,每个染色体有两个拷贝,而苔藓细胞有一个(单倍体)。

染色体的数目代表了苔藓和其他陆地植物的主要区别之一。苔藓在其生命周期的大部分时间里只有一条染色体;只有在生殖阶段,它才有两个染色体的副本。从这些生物进化而来的植物在其生命周期的大部分时间里都有成对的染色体。

研究意义

随着生命周期中占主导地位的这一变化,被称为泥盆纪大爆发的植物的规模和多样性都有了巨大的增长,这场爆发始于大约4亿年前。我们今天看到的各种各样的植物都是在这一时期进化而来的。这些植物入侵陆地,从根本上改变了现有的生态系统,带来了明显的气候变化。

这项研究,包括与洛桑大学的合作,提供了一些关于这次泥盆纪爆炸的遗传学基础的信息。它表明,苔藓基因是植物生命爆发的导火索,来自生命周期某一阶段的基因被其后代招募到生命周期的另一部分。根毛的发育有助于大型植物对养分的吸收能力和锚定力的提高。“这些结果为我们提供了一个基因变化的模型,这些变化支撑了4亿年前泥盆纪爆发时植物身材的巨大变化。多兰教授说:“我们现在正在深入了解这一爆炸的基因导火索,它造成了如此巨大的气候后果。”

引用

John Innes Centre. "Moss Genes Provided Fuse For Plant Life Explosion." ScienceDaily. ScienceDaily, 20 June 2007. www.sciencedaily.com/releases/2007/06/070619192229.htm.

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