海葡萄揭示植物进化的秘密

海葡萄揭示植物进化的秘密

如果你曾经在日本的热带岛屿冲绳吃过饭，你的盘子里可能会有一堆令人惊叹的海藻，每一缕海藻上都点缀着小小的绿色气泡。这种咸味小吃被称为“umi-budo”或“sea grapes”，与米饭、生鱼片和一大杯啤酒非常搭配。但是，乌米不只是一道标志性的配菜;它是冲绳农民的主食。冲绳县科学技术研究院研究生院(OIST)的研究人员最近解码了海葡萄的基因组，以了解这种植物独特的形态，并帮助农民正确种植这种多肉海藻。

许多农民面临着海葡萄生长不良的问题。他们不知道为什么会出现这样的问题。基因组数据可以告诉他们是哪些基因造成了这样的问题。有了控制海葡萄生长的所有基因的目录，研究人员可能能够帮助农民在种植时诊断出缺陷植株。这项研究还可能有助于抑制与之密切相关的绿色海藻的蔓延，这些海藻会把地中海和泛太平洋地区的本地植物品种排挤出去，从而危害环境。

这项研究使用了安娜村渔业合作社的海葡萄样本，该合作社的温室就在OIST校区附近。科学家们破译了整个海葡萄基因组，并将其与15个已发表的植物基因组进行了比较。这项研究揭示了让海葡萄这种单细胞生物保持复杂形状的关键基因，并证明了利用藻类探索绿色植物进化过程的实用性。

Arimoto说:“最近，其他国家已经开始培育这种和相关种类的绿色海藻。”“我认为这些基因组信息可以帮助他们未来的发展，也可以帮助冲绳县。”这些绿色的小球从umi-budo植物的中心茎上脱落下来，当它们被咀嚼时，这些小小的小球就会迸发出一股咸味。在日语中，这种美妙的口感被称为“puchi puchi”，这是一种拟声词，模仿小流行乐的声音。海洋基因组学小组很好奇，由一个细胞组成的植物是如何长成如此奇妙的形状，从而赋予海葡萄独特的质地。

“当我们开始这个项目时，还没有(解码的)绿色海藻基因组，”Arimoto说。“我们完全不知道绿色海藻中有多少基因，以及哪些植物激素能够促进发育。”研究人员成功破译了一种umi-budo植物的高质量基因组，并将其与已知的植物基因组进行比较，以确定某些基因是否以不同的数量出现。

结果表明，海葡萄含有一组扩大的基因，这些基因被认为是在绿色植物的共同祖先中发现的核心基因集的后裔。在这些基因中，有一些编码核转运调控因子，即帮助控制信息如何在细胞核和胞浆之间流动的蛋白质。胞浆是细胞细胞器漂浮的液体。在多细胞生物中，运输调控器调节整个细胞只接收特定的信号，就像收音机的拨号盘一样。在单细胞生物umi-budo中，蛋白质对细胞中的单个细胞核也有同样的作用。

该机制允许单个细胞呈现复杂的形状，尽管缺乏细胞膜将一个区域与另一个区域分开。如果没有核运输监管机构，海葡萄就无法在其标志性的集群中生长。与其他绿藻相比，海葡萄也有额外的基因来编码同源盒蛋白，这有助于调节植物的物理发育。Arimoto说，同源盒蛋白打开关键基因的开关，使它们“打开”或“关闭”，从而触发细胞过程，并最终形成生物体的解剖结构。

在未来，海洋基因组单位希望分析基因表达，因为它发生在整个海洋葡萄的生命周期。例如，有证据表明，特定的同源盒基因在陆地植物的花粉和卵中高度表达。它们在巫统布多的早期生命阶段可能具有类似的重要性。随着海葡萄种植在冲绳以外和太平洋对岸生根发芽，这些基因组数据可以帮助农民建立更有效的种植策略。