海葡萄揭示植物進(jìn)化的秘密

如果你曾經(jīng)在日本的熱帶島嶼沖繩吃過飯蟹漓，你的盤子里可能會有一堆令人驚嘆的海藻，每一縷海藻上都點綴著小小的綠色氣泡源内。這種咸味小吃被稱為“umi-budo”或“sea grapes”葡粒，與米飯、生魚片和一大杯啤酒非常搭配。但是嗽交，烏米不只是一道標(biāo)志性的配菜;它是沖繩農(nóng)民的主食卿嘲。沖繩縣科學(xué)技術(shù)研究院研究生院(OIST)的研究人員最近解碼了海葡萄的基因組，以了解這種植物獨特的形態(tài)夫壁，并幫助農(nóng)民正確種植這種多肉海藻拾枣。

許多農(nóng)民面臨著海葡萄生長不良的問題。他們不知道為什么會出現(xiàn)這樣的問題盒让》徘埃基因組數(shù)據(jù)可以告訴他們是哪些基因造成了這樣的問題。有了控制海葡萄生長的所有基因的目錄糯彬，研究人員可能能夠幫助農(nóng)民在種植時診斷出缺陷植株凭语。這項研究還可能有助于抑制與之密切相關(guān)的綠色海藻的蔓延，這些海藻會把地中海和泛太平洋地區(qū)的本地植物品種排擠出去撩扒，從而危害環(huán)境似扔。

這項研究使用了安娜村漁業(yè)合作社的海葡萄樣本，該合作社的溫室就在OIST校區(qū)附近搓谆〕椿裕科學(xué)家們破譯了整個海葡萄基因組，并將其與15個已發(fā)表的植物基因組進(jìn)行了比較泉手。這項研究揭示了讓海葡萄這種單細(xì)胞生物保持復(fù)雜形狀的關(guān)鍵基因黔寇，并證明了利用藻類探索綠色植物進(jìn)化過程的實用性。

Arimoto說:“最近斩萌，其他國家已經(jīng)開始培育這種和相關(guān)種類的綠色海藻缝裤。”“我認(rèn)為這些基因組信息可以幫助他們未來的發(fā)展颊郎，也可以幫助沖繩縣憋飞。”這些綠色的小球從umi-budo植物的中心莖上脫落下來姆吭，當(dāng)它們被咀嚼時榛做，這些小小的小球就會迸發(fā)出一股咸味。在日語中内狸，這種美妙的口感被稱為“puchi puchi”财岔，這是一種擬聲詞帅戒，模仿小流行樂的聲音。海洋基因組學(xué)小組很好奇，由一個細(xì)胞組成的植物是如何長成如此奇妙的形狀遏暴，從而賦予海葡萄獨特的質(zhì)地要门。

“當(dāng)我們開始這個項目時缀去，還沒有(解碼的)綠色海藻基因組，”Arimoto說港庄。“我們完全不知道綠色海藻中有多少基因恕曲，以及哪些植物激素能夠促進(jìn)發(fā)育鹏氧。”研究人員成功破譯了一種umi-budo植物的高質(zhì)量基因組佩谣，并將其與已知的植物基因組進(jìn)行比較把还，以確定某些基因是否以不同的數(shù)量出現(xiàn)。

結(jié)果表明茸俭，海葡萄含有一組擴(kuò)大的基因吊履，這些基因被認(rèn)為是在綠色植物的共同祖先中發(fā)現(xiàn)的核心基因集的后裔。在這些基因中调鬓，有一些編碼核轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控因子艇炎，即幫助控制信息如何在細(xì)胞核和胞漿之間流動的蛋白質(zhì)。胞漿是細(xì)胞細(xì)胞器漂浮的液體腾窝。在多細(xì)胞生物中缀踪，運(yùn)輸調(diào)控器調(diào)節(jié)整個細(xì)胞只接收特定的信號，就像收音機(jī)的撥號盤一樣虹脯。在單細(xì)胞生物umi-budo中驴娃，蛋白質(zhì)對細(xì)胞中的單個細(xì)胞核也有同樣的作用。

該機(jī)制允許單個細(xì)胞呈現(xiàn)復(fù)雜的形狀循集，盡管缺乏細(xì)胞膜將一個區(qū)域與另一個區(qū)域分開唇敞。如果沒有核運(yùn)輸監(jiān)管機(jī)構(gòu)，海葡萄就無法在其標(biāo)志性的集群中生長咒彤。與其他綠藻相比疆柔，海葡萄也有額外的基因來編碼同源盒蛋白，這有助于調(diào)節(jié)植物的物理發(fā)育蔼紧。Arimoto說婆硬，同源盒蛋白打開關(guān)鍵基因的開關(guān)，使它們“打開”或“關(guān)閉”奸例，從而觸發(fā)細(xì)胞過程，并最終形成生物體的解剖結(jié)構(gòu)向楼。

在未來查吊，海洋基因組單位希望分析基因表達(dá)，因為它發(fā)生在整個海洋葡萄的生命周期湖蜕。例如逻卖，有證據(jù)表明，特定的同源盒基因在陸地植物的花粉和卵中高度表達(dá)昭抒。它們在巫統(tǒng)布多的早期生命階段可能具有類似的重要性评也。隨著海葡萄種植在沖繩以外和太平洋對岸生根發(fā)芽炼杖，這些基因組數(shù)據(jù)可以幫助農(nóng)民建立更有效的種植策略。