数亿年前从微生物转移到绿藻的基因可能推动了陆地植物的进化。一项分析表明，来自细菌、真菌和病毒的数百种基因已被整合到植物中，使后者具有适于陆地生活的特性。3月2日，相关论文发表于《分子植物》。
“我们的研究改变了陆地植物进化的传统观点。”论文通讯作者、美国东卡罗莱纳大学生物学专家黄金玲（音译）说，“我猜测水平基因转移（HGT）有助于植物从水中来到陆地上，但直到现在我们才知道它发挥了多大的作用。”
HGT描述了遗传物质在不同物种之间的移动。基因组交换事件在细菌中很常见，导致了这些原核生物抗生素耐药性的快速传播。但是HGT在复杂的多细胞真核生物如植物和动物中的作用仍然存在争议。
传统上，科学家认为真核生物的基因只能通过垂直基因转移来移动，在这个过程中，基因从父母传给后代，突变会产生新的基因和特征。但黄金玲和论文共同通讯作者、河南大学生命科学学院教授宋纯鹏等之前已经发现，植物中的HGT可能很常见的证据。
为了研究HGT在植物进化中的作用，他们分析了31种植物的基因组。这些植物来自4个植物群，包括苔藓、蕨类、树木和轮藻（属于与现代陆地植物相关的绿藻）。他们发现，现代植物中有近600个基因家族是从其他生物体，特别是细菌和真菌等微生物中转移过来的。这个数字远远超过之前认为的规模。
此外，研究小组还发现，在轮藻早期进化和陆生植物起源中，有两个主要的HGT阶段，有超过100个基因家族从微生物“跳”到植物。
“我们的发现表明HGT在陆地植物进化中起着重要作用。与垂直基因转移的突变相比，HGT能使植物迅速获得新性状，其中一些新性状可以帮助植物适应截然不同的环境，比如从水中转移到陆地上。”黄金玲说。
许多新获得的基因在植物中具有重要的生物功能。例如，胚胎发生晚期丰富的基因也来自细菌，帮助植物适应干燥的环境。从真菌中获得的铵转运基因，帮助植物从土壤中吸收氮来生长。
“几乎每个人在切洋葱的时候都有过流泪的经历。我们发现洋葱中负责产生催泪剂的基因实际上来自细菌。我们直到现在才意识到这是HGT的结果。像这样的例子还有很多。”黄金玲说。
接下来，该团队计划进一步探索苔藓植物中基因的转移。这些植物中的许多外来基因都有未知功能，进一步研究将有助于确定合适的基因，有朝一日这些基因可以被转移到作物上，以增强它们的适应性。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.02.001
