基因捕获建藓植“生命之树” 深圳科学家研究成果在世界顶级学术杂志《自然-通讯》上发表

仙湖植物园的苔藓仙湖植物园培育的苔藓

文、图/广州日报全媒体记者崔宁宁通讯员崔嵩

苔藓是陆生植物的“元祖”，研究藓类植物的基因，对研究植物进化有重要意义。目前，深圳科学家在藓类植物研究上获得重大突破。由深圳市中国科学院仙湖植物园刘阳研究员课题组牵头、联合多家国际知名科研机构开展的藓类植物系统关系重建工作取得重要进展，利用基因捕获技术，绘制了到目前为止最完整、可靠的藓类系统关系，相关研究发表在世界顶级学术杂志《自然-通讯》杂志上。

重建藓类植物

“生命之树”意义何在？

“生命之树”的概念由达尔文在1895年提出，他认为地球上存在的所有生物之间都存在一定的关联，把这些关系绘制出来将形成一个巨大的、具有主干和分支的树。

自此，生物学家们一直在致力于解析全部物种之间的亲缘关系。过去100年来科学家主要依赖形态学证据，例如花瓣、根系等性状来对植物分类，近年基因技术的引入使得这一任务变得更加便捷、高效和精准。经过不断补充，目前“生命之树”的规模已经越来越大，可信度也越来越高。

在昨日举行的新闻发布会上记者了解到，由仙湖植物园刘阳研究员课题组牵头、联合包括美国康涅狄格大学、杜克大学、芝加哥植物园、英国爱丁堡植物园、瑞典自然历史博物馆等多家国际知名科研机构开展的藓类植物系统关系重建工作目前取得重要进展，相关研究以长文的形式发表于《自然-通讯》杂志。该科研项目自2013年立项，历时5年时间。

该研究论文题目为《使用基因捕获技术重建藓类植物的系统发育关系》，深圳市仙湖植物园刘阳研究员为该论文第一作者，美国康涅狄格大学BernardGoffinet（博纳德·格非尼）教授为通讯作者，研究得到了国家自然科学基金面上项目的资助。

刘阳博士介绍，“生命之树”可以类比我们人类的族谱，它展示了生物之间的亲缘关系。此项研究工作主要是描绘植物的族谱，理清植物的亲缘关系，“这种研究又叫做系统学，可以说是其他生物科学的基础。”

该科研工作的“主角”是藓类植物，它们是一群矮小的绿色植物，以孢子繁殖，是陆地植物中最古老的类群，在植物进化历史上承接着藻类和更高级的维管植物，占据重要的地位。藓类植物起源于距今约4亿年前的泥盆纪，现存1万3千余种。由于藓类形态特征简单且缺少化石记录，使得对这一类群系统关系的研究一直存在困难。

首次使用基因捕获技术

重建藓类植物“生命之树”

系统学研究往往需要测序大量物种，因此降低实验成本很关键。刘阳博士介绍，在研究中，他们首次使用了基因捕获测序的技术手段，对基因组特定的基因进行测序，而不是对全基因组进行测序，测序效率更高、成本更经济。经历了几年的摸索，他们对几种不同的高通量测序方法进行筛选，克服了捕获实验一次只能测序单一物种的限制，建立起了一套成熟的实验方法，目前可以一次同时测序96个样本。

在研究过程中，刘阳他们选取了142种藓类，覆盖了藓类目前所接受的30个目的29个目，使用基因捕获技术获得了每个物种122个细胞器（40线粒体、82叶绿体）基因和150个核基因数据。

刘阳说，研究结果为藓类植物建立了可靠的目级系统框架，解决了以往一些疑难类群，如黑真藓类、皱蒴藓目的系统关系，并在藓类植物中成立了一个新目——孔雀藓目。

刘阳表示，该研究绘制了到目前为止最完整、可靠的藓类系统关系，为藓类植物的生物多样性研究、遗传学和基因组学等多学科的发展打下了坚实的基础。该研究首次使用基因捕获技术获得陆地植物一个大类群的三套基因组数据，对其他植物类群的生命之树重建也具有重要的借鉴意义。

对藓类植物基因研究

有助粮食安全

苔藓是最原始的陆地植物，代表着植物从水生到陆生过渡的类型，在进化上相当于动物界的两栖类。

刘阳认为，研究苔藓对帮助我们改良粮食作物，保证粮食安全有重要的意义。别看苔藓小，浑身都是宝。在亿万年的进化中，苔藓形成了抵抗极端环境的基因宝库，拥有耐寒冷、抗干旱等关键基因。

“像北极冰原下已经沉睡几百年的苔藓，挖出来种上还能活；南极更不用说，有130多种苔藓植物，但只有2种开花植物。”刘阳认为，通过基因技术，利用苔藓耐寒耐旱的基因，有助于培养抗极端环境的农作物。

仙湖植物园副主任张寿洲介绍，仙湖植物园在苔藓植物的收集、繁育和应用与研究等方面一直处于领先地位，目前植物园收集了包括南极苔藓等DNA研究材料600余份，活体和超低温冷冻材料100余份，保育的活体苔藓用于景观营造种类近百种。在苔藓植物的细胞学、形态与资源调查、系统发育及细胞器基因组、核基因组研究等方面均有重要产出，在科普和苔藓展示方面独树一帜。

小小苔藓有大作用

呼吁禁止乱挖苔藓

除了保证粮食安全，小小的苔藓有大作用。张寿洲拿起一片树叶做比较，“同样面积的苔藓，能够产生更多的氧气，吸收更多的二氧化碳，吸附更多的灰尘”，对净化城市空气、减缓温室效应有很大的作用。

这也导出了对苔藓基因研究的另一个重要应用。深圳天气炎热，大部分苔藓并不适合在深圳这样的气候条件下生存，但今后可以筛选出耐热的苔藓品种，并经过改良，最终培育出适合深圳气候的苔藓，作为景观植物美化深圳净化空气。

刘阳对记者说，城市发展对景观营造越来越重视，小区、酒店等的园林造景对苔藓的需求越来越大，相比于人工培植苔藓的高成本，不少人瞄准了山里的野生苔藓，“一挖一大片，里面或许有珍稀的苔藓品种。”

刘阳呼吁全社会关注野生苔藓的乱挖乱采。此外，张寿洲认为，植物细胞有全能性，“和克隆一样，把苔藓揉碎了，可以放在培养皿中大规模培养，不需要乱挖乱采野生苔藓。”

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