根据一项新的研究发现，微生物的基因在数亿年前进入了绿藻和其它植物中，这表明植物从水中到陆地的进化可能是由这个事件驱动的。
绿藻的显微图像
研究人员发现，通过一种被称为“水平基因转移”(HGT)的过程中，近600个来自细菌、真菌和病毒的基因已被整合到植物中，这其中的许多基因让生物能够适应陆地环境的理想特性，最近这项研究被发表在《分子植物》杂志上。
“我们的研究改变了对陆地植物进化的传统观点，”资深作者美国东卡罗莱纳大学生物学教授黄金陵说。“我怀疑水平基因转移有助于植物从水中转移到陆地上，但直到现在我们才知道它发挥了多大的作用。”水平基因转移是指含有不同遗传信息的生物个体，也可以是远缘的、甚至是不同物种的生物个体之间的遗传物质移动。水平基因转移是相对于由父母传递给后代的“垂直基因转移”(VGT)而提出的，它打破了亲缘关系的界限，使基因流动的可能变得更为复杂。例如，水平基因转移在细菌中很常见，并导致了细菌对抗生素耐药性的快速传播。
然而，它在植物和动物等复杂的多细胞生物中的作用仍存在争议。传统上科学家们认为，植物和动物的基因只有通过垂直基因转移来移动，通过发生基因突变来获得新的基因和性状。然而，黄和他的同事从之前的研究中发现的证据使他们认为植物中的水平基因转移可能比之前认为得更常见。
为了调查这一情况，该团队编译了31种植物的基因组，包括所有四个植物类群的物种——苔藓、蕨类、种子植物，以及与现代陆地植物关系最密切的绿藻。通过基因组分析比较不同物种的全基因组序列，他们在植物中寻找来自细菌、病毒、真菌或动物的基因，最终发现了总共有593个这样的“外来”基因序列。这一数字远比之前认为的要多，而且是由细菌和真菌等微生物传播的。这项研究表明，水平基因转移可在绿藻和所有主要陆生植物类群中都很活跃。
他们还发现了两个主要的水平基因转移阶段——在绿藻的早期进化和陆生植物的起源期间——有超过100个基因序列从微生物进入植物。据研究人员称，这些获得的基因可能会影响植物的生理和发育，最终可以帮助植物更好地适应环境，并允许它们生活在陆地上。
“我们的发现表明水平基因转移在陆地植物进化中起着重要作用，”黄说。“与垂直基因转移的突变相比，水平基因转移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，比如从水迁移到陆地。”这些基因中有许多在植物中具有重要的生物功能。例如，来自细菌的LEA基因有助于植物适应更干燥的环境；从真菌中获得的氨转运基因帮助植物从土壤中吸收氮来生长。
接下来，该团队计划进一步探索苔藓植物中转移的基因，这些植物中的许多外来基因都有未知的功能，未来的研究可能有助于识别有用的基因，有朝一日这些基因可以被转移到人类的粮食作物中，以帮助增强它们。
本文参考cosmosmagazine文章，“Microbes transferred genesto ancient plants to help them evolve on land”，如有兴趣还可查阅原文。
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