博士毕业于南京大学（密歇根大学联合培养），南京农大副教授连发3篇高水平论文

近日，南京农业大学薛佳宇/Yves Van de Peer团队围绕“陆地植物起源与演化（Origin and Diversification of Land Plants）”这一生命演化重大科学问题，系统开展了多层次、多尺度的研究工作，先后在《Plant Communications》、《Nature Genetics》和《Cell Genomics》发表系列研究论文，从时间起源、基因组创新到蛋白结构域演化三个层面，构建了陆地植物起源与多样化的完整演化图景。

从时间维度厘清植物登陆的起源节点

在2025年9月初发表于《Plant Communications》的研究论文“Comprehensive sampling from mitochondrial genomes substantiates the Neoproterozoic origin of land plants”中，研究团队基于覆盖绿色植物主干谱系的大规模线粒体基因组数据集，重建了陆地植物的系统发育关系并对其起源时间进行了系统评估。

研究结果表明，陆地植物的冠群起源可追溯至新元古代（Neoproterozoic），显著早于传统基于有限数据推测的时间节点。该研究通过多种分区模型和化石校准策略，显著提高了深时系统发育和分歧时间估计的稳定性，为理解植物登陆与地质环境变化之间的协同演化提供了关键时间框架。

课题组博士生户帅雅为第一作者，薛佳宇、Zhen Li和Yves Van de Peer为共同通讯作者。

图1 基于线粒体基因组的植物系统关系及分子钟

从基因组尺度揭示早期陆地植物的创新潜力

随后参与深圳仙湖植物园主导的研究工作“Bryophytes hold a larger gene family space than vascular plants”（发表于《Nature Genetics》，薛佳宇为共同一作，Yves Van de Peer为共同通讯作者），通过构建苔藓植物超级泛基因组，系统比较了苔藓植物与维管植物在基因家族空间上的差异。

研究发现，尽管苔藓植物在形态结构上相对简单，但其基因家族多样性显著高于维管植物。大量谱系特异和物种特异的基因家族广泛存在于苔藓植物中，这些基因家族与环境胁迫响应、代谢多样性和免疫防御等功能密切相关。该研究颠覆了“形态复杂性与基因复杂性直接正相关”的传统认知，揭示了早期陆地植物在基因组层面具备高度创新潜力。

图2 123个苔藓新基因组为研究植物登陆提供了宝贵资源

从蛋白结构域层面解析陆地植物多样化机制

在12月底最新发表于《Cell Genomics》的研究“Evolution of protein domains and protein domain combinations provides insights into the origin and diversification of land plants”中，课题组进一步将研究尺度下探至蛋白质结构域这一功能模块层级，系统分析了446个植物基因组中结构域的组成、演化动态及其与植物多样化的关系。

研究结果表明，植物结构域的演化并非简单的线性积累过程，而是呈现出“早期关键获得+长期核心结构域丢失+非核心结构域持续获得与结构域重组”的动态模式。研究发现，植物登陆前后发生了三次爆发性的大量获得新结构域，其中部分新获得结构域与陆生相关器官和结构的形态发生密切相关。此外，结构域组合的持续扩展和活跃重组显著提升了蛋白质功能多样性，是推动陆地植物谱系分化和生态适应的重要分子机制。

薛佳宇为第一兼通讯作者，课题组博士生杨程傲为共同第一作者，Zhen Li和Yves Van de Peer为共同通讯作者。

图3 植物蛋白结构域的演化过程

上述三项研究从起源时间—基因组创新—蛋白功能模块演化三个层面，形成了一个逻辑递进、相互支撑的研究体系，系统回答了植物何时登陆、以何种基因组基础完成登陆、以及如何在登陆后实现持续多样化等关键科学问题。该系列成果不仅深化了对陆地植物起源与演化机制的理解，也为探讨生物如何应对重大环境转变、以及植物抗逆性和功能创新的分子基础提供了重要理论依据。