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轮藻门植物基因组学研究进展

夏琳凤, 李瑞, 王海政, 冯大领, 王春阳

植物学报 2025, 60 (2): 271-282. DOI: 10.11983/CBB24083

摘要（167）

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轮藻门(Charophyta)植物与陆生植物组成单系的链形植物门, 化石证据和分子证据支持陆生植物起源于轮藻门植物。该文总结了已完成全基因组测序的10种轮藻门植物的14个全基因组信息, 综述了植物陆地化的分子机制, 表明调控植物激素信号转导和编码关键转录因子的基因家族扩张和基因水平转移是轮藻产生预适应的潜在原因。文中阐述了轮藻门植物全基因组数据在转录组学和基因功能研究中的作用, 提出端粒到端粒的基因组和泛基因组对于深入理解植物陆地化的重要性, 以及整合基因组信息和生物学实验在解析轮藻门植物基因功能和起源方面的必要性。

Species (strain)	Predicting genome size (Mb)	Assembly size (Mb)	Number of scaffold	Scaffold N50 (kb)	GC content (%)	Number of gene	Reference
Chara braunii (S276)	2355.0	1751.5	11654	2260	48.3	23546	Nishiyama et al., 2018
Klebsormidium nitens (NIES-2285)	117.1±21.8	104.0	1812	134.9	52.4	16215	Hori et al., 2014
Chlorokybus atmophyticus (CCAC 0220)	85.0	74.0	3836	752.4	51.5	9066	Wang et al., 2020
Mesostigma viride (CCAC 1140)	329.0	281.0	6924	113.2	55.0	9198	Wang et al., 2020
M. viride (NIES-296)	NA	442.6	2363	2558.7	54.5	24431	Liang et al., 2019

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表3 4个非双星藻纲的轮藻植物基因组组装统计

正文中引用本图/表的段落

除双星藻纲外, 还有4个纲的4种轮藻已完成全基因组测序, 其中M. viride的2个不同株系分别被不同的研究组测序(表3)。相较于双星藻纲的9个物种, 轮藻门其它纲的物种在测序数量以及种类方面均较为欠缺。

抵抗强光照射能力是植物陆地化的关键因素。Serrano-Pérez等(2022)在高光照和低光照条件下培养K. nitens (株系NIES-2285), 并进行整合的转录组和代谢组分析。结果表明, 与低光照相比, 在高光照3小时后, 有677个基因被激活, 678个基因表达受抑制。这些差异表达的基因主要定位于叶绿体的类囊体膜, 表明叶绿体正在进行重大的重编程。被抑制的基因功能显著富集在光合作用、己糖生物合成、细胞周期和DNA代谢过程; 被激活的基因功能显著富集在核糖体生物合成、细胞质翻译启动、蛋白质折叠和氧化应激响应等过程。通过对具体基因进行功能分析, 发现K. nitens拥有快速的叶绿体逆行信号转导机制, 该转导过程可能由活性氧物质、肌醇多磷酸1-磷酸酶(inositol polyphosphate 1-phosphatase, SAL1)以及3′-磷酸腺苷-5′-磷酸(3′-phosphoadenosine-5′-phosphate, PAP)途径介导。在K. nitens基因组中, 编码SAL1的基因为kfl00096_0240。在高光强下, kfl00096_0240基因被显著抑制, 表明可能发生了PAP积累以及SAL1-PAP逆行信号转导途径的激活, 这可能是K. nitens对高光强的响应机制。

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