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古老的金银花基因组可能导致作物改良

大约5亿年前-当我们的大陆连接在一个单一的土地上并且大多数生物都生活在水下时,金盏花(Anthoceros)是最早在土地上定植的植物之一。由苏黎世大学(UZH)和博伊斯·汤普森研究所(Boyce Thompson Institute)领导的国际团队现已对三个金缕梅基因组进行了测序,从而为该组独特生物学基础的遗传学提供了见识,该组是现存最早的陆地植物。

研究团队于2011年开始了该项目。“花了三年时间,我们才知道如何在实验室条件下生长和推动金缕梅的性生活周期,又花了三年时间来正确组装和注释其基因组,”PéterSzövényi说。UZH研究员,该论文的最后作者。

减少肥料,提高作物产量

研究人员的目标之一是找到在角藻浓缩叶绿体中二氧化碳的方法中起作用的基因,从而提高植物的制糖能力,从而提高产量。金合艾在陆地植物中具有这种功能,但其中某些藻类具有该特性。因此,研究人员将金银花的基因组与藻类的基因组进行了比较,并发现了一种基因LCIB,该基因由两组植物共享,但与其他陆地植物没有共享。博伊斯·汤普森研究所和康奈尔大学的植物生物学家第一作者李·魏·李解释说:“如果可以在农作物中安装这种碳浓缩机制,那么它们可以用相同量的肥料长大。”

与细菌共生以获得氮

此外,金缕梅与真菌和蓝细菌共生,为植物提供磷和氮。研究人员还鉴定了40种基因,它们可能促进角艾菊的氮源,这是由于它们与蓝细菌具有相互依存的关系,而蓝细菌是陆地植物的独特特征。Szövényi说:“如果将这种能力的金花蒿转移到农作物上,则可以节省很多吨的氮肥。”肥料的这种减少可能有益于环境,因为过量的农业氮经常进入水道,在水道中会导致致命的藻华。Szövényi和Li已经在进行一个项目,以了解共生植物与蓝细菌相互作用的潜在遗传机制。

照亮陆地植物的起源

该研究还阐明了早期陆地植物的进化。没有气孔,大多数植物就无法吸收二氧化碳,无法在陆地环境中繁衍生息。因此,气孔是陆地环境定殖的一项关键创新。然而,到目前为止,尚不清楚气孔是否在陆地植物中独立进化了一次或可能多次进化了。金盏花在产生孢子的阶段具有气孔。Szövényi解释说:“我们发现,控制花植物气孔发育的基本遗传工具与角果共享。”这一发现与以下假设相一致:在最近的陆地植物的共同祖先中,气孔只进化了一次。

角蒿,地草和苔藓是最早在土地上定植的植物,但是这三类之间的关系以前尚不清楚。费依威。

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