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有一種學(xué)說認(rèn)為，葉綠體才是地球上最成功的生物。在十幾億年前，葉綠體還是一種獨立的生命體，它們靠光合作用自主獲得能量，后來它們將自己的DNA寫入植物的基因組中，“寄生”在植物身上，隨著植物的腳步遍布全世界。

如果這種說法是正確的，那么葉綠體將自己的DNA寫入植物的基因組，只是它們成功的第一步。因為在十幾億年前，大多數(shù)的植物還只生長在海洋中，植物要遍布全世界，還得靠細(xì)菌等微生物的幫忙。

來自美國東卡羅萊納大學(xué)的科學(xué)家最近發(fā)表在《分子植物》雜志上的報告稱，數(shù)億年前，從微生物到綠藻的基因可能推動了陸地植物的進(jìn)化。他們的分析顯示，來自細(xì)菌、真菌和病毒的數(shù)百個基因已經(jīng)整合到植物的基因組中

——水平基因轉(zhuǎn)移，為它們提供了適合陸地生活的特征。

“我們的研究改變了陸地植物進(jìn)化的傳統(tǒng)觀點，”東卡羅來納大學(xué)的生物學(xué)家黃金玲說?！拔以鴳岩伤交蜣D(zhuǎn)移有助于植物從海洋轉(zhuǎn)移到陸地，但直到現(xiàn)在，我們還不知道它發(fā)揮了多大的作用?！?/p>

水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）描述了遺傳物質(zhì)在不同物種的生物體之間的移動。基因組交換事件在細(xì)菌中很常見，這是這些原核生物中抗生素耐藥性迅速傳播的原因。但水平基因轉(zhuǎn)移在植物和動物等復(fù)雜多細(xì)胞真核生物中的作用在此前仍存在很多爭議。

傳統(tǒng)上，科學(xué)家認(rèn)為真核基因只能通過垂直基因轉(zhuǎn)移進(jìn)行移動，在垂直基因轉(zhuǎn)移過程中，基因從父母傳給后代，突變可能會產(chǎn)生新的基因和性狀。但黃金玲和她的同事們，包括來自河南大學(xué)的植物生物學(xué)家宋春鵬，已經(jīng)從之前的研究中發(fā)現(xiàn)了水平基因轉(zhuǎn)移在植物中存在的證據(jù)。

為了研究水平基因轉(zhuǎn)移在植物進(jìn)化中的作用，研究人員掃描了31種植物的基因組。它們包括來自所有四個植物群的物種，包括苔蘚、蕨類和樹木，以及輪藻（一組與現(xiàn)代陸地植物有關(guān)的綠藻）。他們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代植物中有近600個基因家族從其他有機體，其中從細(xì)菌和真菌等微生物中轉(zhuǎn)移的基因家族數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人們此前認(rèn)為的數(shù)量。

此外，該團(tuán)隊還確定了輪藻藻類早期進(jìn)化和陸地植物起源期間的兩個主要水平基因轉(zhuǎn)移事件，當(dāng)時有100多個基因家族從微生物跳到植物。

研究人員說：“我們的發(fā)現(xiàn)表明，水平基因轉(zhuǎn)移在陸地植物進(jìn)化中起著重要作用。與垂直基因轉(zhuǎn)移的突變相比，水平基因轉(zhuǎn)移使植物能夠快速獲得新的性狀，其中一些新性狀可以幫助植物適應(yīng)截然不同的環(huán)境，比如從海洋環(huán)境到陸地環(huán)境?！?/p>

已知發(fā)現(xiàn)的許多基因在植物中具有重要的生物學(xué)功能。例如，來自細(xì)菌的胚胎發(fā)育后期豐富的基因有助于植物適應(yīng)干燥的環(huán)境。從真菌中獲得的氨轉(zhuǎn)運蛋白基因有助于植物從土壤中吸收氮以便生長。

黃金玲說：

“幾乎每個人在切洋蔥時都會流淚。我們發(fā)現(xiàn)洋蔥中產(chǎn)生催淚劑的基因?qū)嶋H上來自細(xì)菌。這很有趣，因為我們都知道這種反應(yīng)，但直到現(xiàn)在才意識到這是水平基因轉(zhuǎn)移的結(jié)果。像這樣的例子還有很多。”

接下來，該團(tuán)隊計劃進(jìn)一步探索苔蘚植物中轉(zhuǎn)移的基因，苔蘚植物是包括苔蘚在內(nèi)的植物群。這些植物中的許多外源基因都有未知的功能，未來的研究可能有助于確定理想的基因，這些基因有朝一日可以轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物中，以增強農(nóng)作物的適應(yīng)性。

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