轮藻门植物基因组学研究进展 植物学报    2025, 60 (2): 271-282.   DOI: 10.11983/CBB24083

表2 双星藻纲轮藻植物基因组组装统计

正文中引用本图/表的段落

陆地化(terrestrialization)是指陆生植物藻类祖先从水生环境到陆地环境的逐步演化, 最终在不同的陆地生境中生存繁殖并且长期适应下来的过程(吴珍和程时锋, 2021)。此过程通常被认为是陆生植物群落演化和多样化中的关键事件, 它深刻地改变了地球表面, 推动了陆地生态系统的发展, 为后来的动物登陆和陆地生物多样性的丰富奠定了基础(Cheng et al., 2019; 薛进庄等, 2022; Feng et al., 2024)。陆生植物在5-6亿年前起源于轮藻门植物(Delwiche and Cooper, 2015; Fürst-Jansen et al., 2022)。由于轮藻纲物种形态结构复杂, 并具有与根、茎、叶相似的分化结构以及特殊的有性生殖器官, 曾被认为是陆生植物的姐妹类群(Pringsheim, 1862)。基于对4个基因的系统发生分析, 认为轮藻纲Charales目是陆生植物的姐妹类群(Karol et al., 2001)。基于转录组和细胞器基因组的系统发生分析以及形态学研究, 目前认为双星藻纲是与现存陆生植物亲缘关系最近的姐妹类群(Wickett et al., 2014; Ruhfel et al., 2014; Puttick et al., 2018; One Thousand Plant Transcriptomes Initiative, 2019; Zhou and von Schwartzenberg, 2020)。因此, 双星藻纲物种的全基因组序列数据对于解析陆生植物的起源与演化具有重要价值。双星藻纲包括5个目(Hess et al., 2022), 其中已有4 426个物种被描述(Guiry, 2021; Guiry and Guiry, 2025)。目前有6个双星藻纲物种已完成全基因组测序, 其中Zygnema circumcarinatum的3个株系和Closterium peracerosum-strigosum-littorale complex的2个株系已测序, 其余物种仅1个株系完成测序(表2)。双星藻目(Zygnematales)和鼓藻目(Desmidiales)已测序物种均有2个, Spirogloeales目已测序物种有1个, 其余2个目(Serritaeniales和Spirogyrales)尚无已测序物种。

相对于轮藻门已知的5 761个物种(Guiry, 2021; Guiry and Guiry, 2025), 目前仅10个种完成了全基因组测序, 占总数的0.17%。这10个已测序物种分布在5个纲, 鞘毛藻纲目前尚无测序物种。除测序物种分布不均衡外, 全基因组测序质量也有待提高。除Z. circumcarinatum的SAG 698-1b株系的基因组达到染色体水平, 其它轮藻基因组都仅组装到scaffold水平, 全基因组信息均有不同程度的缺失(表1, 表2), 这严重阻碍了比较基因组学和重要遗传资源的挖掘。随着三代测序技术和组装算法的不断发展, 尤其是高准确性的HiFi和高连续性的ONT三代测序技术的应用, 基因组组装进入了新阶段(宫少达等, 2024; 王英豪等, 2024)。因此, 未来应将新技术和算法应用于轮藻门植物基因组染色体水平的组装, 甚至是端粒到端粒(telomere to telomere, T2T)水平的组装。

轮藻门植物除在绿色植物演化过程中具有重要地位外, 其本身还具有较高的经济价值, 在农业、医药和环保等行业均有应用潜力(韩晓静等, 2008).例如, 轮藻中氧化钙和磷酸盐的含量较高, 因此, 在农业生产中轮藻可作为改良土壤酸度的石灰肥(韩晓静等, 2008). ...