最新研究揭示苔藓的基因宝藏竟比参天大树更丰富

来源：科技日报

科技日报记者 罗云鹏

雨后的石阶上、老树根的缝隙里，那层软软的苔藓总给人“柔弱”的印象——没有结实的表皮，没有锋利的尖刺，甚至连真正的根都没有。

为什么这些“小不点”能在潮湿阴暗、微生物扎堆的地方生长，却很少生病腐烂？它真的是植物界里原始又简单的小角色吗？

近日，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，一个汇集了全球33家机构47位科学家的国际科研团队，在《自然·遗传学》杂志以封面文章的形式发表研究成果，发现小小苔藓植物的基因组在基因家族的多样性上，比参天大树和各类花草等维管植物更为丰富。这意味着，那些看似不起眼的“绿毯”，其实是隐藏的“基因宝库”，蕴藏着地球上最古老的生存智慧。

苔藓的基因“工具箱”：种类多，创新性强

科研团队对覆盖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）进行了高质量的基因组测序，并建立了全球首个苔藓“超级泛基因组”平台，相当于为苔藓家族搭建了一个前所未有的“基因图书馆”，填补了陆生植物谱系中的巨大空白。

通过深入分析，科研团队发现，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约64.7万种，而维管植物只有约37.3万种。

而且，苔藓植物中“特有”及“谱系特异”基因家族的数量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。

苔藓的“独门基因”是怎么来的？

苔藓之所以能拥有如此丰富的基因家族多样性，主要靠两种“神操作”：自己“从头造”与从微生物那里“抄”。

其中，自己“从头造”就像把“毛坯房”改造成功能齐全的“基因公寓”一样，苔藓能把基因组里那些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。这一现象此前主要在水稻、竹子等开花植物中被报道过。本研究首次将苔藓植物纳入新基因起源的研究范畴。

而从微生物那里“抄”中，苔藓还是生物界的“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，这在科学上被称为“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。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。

苔藓植物具有独特的抗虫抗病“武器”

研究结果揭示了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。

为验证其效果，科研团队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，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。

更令人惊喜的是，科研团队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。

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。

据了解，这项研究不仅改变了对苔藓这种古老植物的认知，也证明了植物的演化之路并非只有“变得高大复杂”一种。苔藓通过独特的“基因创新”和“基因借用”策略，同样能成为地球上分布最广、适应能力最强的植物类群之一。该研究也为农业抗逆基因筛选、环境恢复和生态监测等应用提供了关键的基因资源。

（科研团队供图）