超級英雄系列電影中，總是少不了能“玩火”的角色，他們通常無需依靠任何裝備，便能以肉身操控火焰，甚至能在高溫烈焰中實現自愈。

擁有超能力的英雄或許隻活在熒幕上，但生物界卻真實存在這樣的“超級物種”，它們連細胞壁都沒有，僅靠一個細胞作為個體進行生命活動，其孢子體卻能在高于90℃的水中存活一個小時以上。

近日，植物學領域國際權威刊物《新植物學家》（New Phytologist）在線發表深圳華大生命科學研究院、德國馬普合作研究成果。該研究發布了平藻綱首個染色體水平綠藻基因組，揭示了作為無細胞壁“裸藻”的小型平藻适應外界環境壓力的分子機制，同時也為研究綠藻門核心群的早期進化提供高質量數據支持。

New Phytologist 官網截圖

藻類作為相對低等古老的植物祖先，雖然往往以食物的形式被大衆認知，但它也是我們了解植物演化的核心部分。

我們都知道，植物通常由千萬個具有細胞壁保護層的細胞組合而成，這在很大程度上決定了它們的廣泛适應性。相較之下，單細胞藻類為何能夠具有如此強大的生命力？對于這一奇特的遺傳機制，科學家們正以基因組學作為解析其神秘面紗的核心工具。

【一直以來，科學家把綠色植物分為鍊形植物和綠藻門兩大分支，2020年華大聯合國際科學家發現綠色植物的第三個分支“華藻門”，改寫了植物演化的家族譜系。】

裸藻是一類單細胞原生生物，在地球上已生存超5億年時間，其眼蟲藻綱于17世紀被列文虎克最先發現。因其細胞外面沒有細胞壁，故被植物學家稱為“裸藻”。

此次發表的研究中以小型平藻（Pedinomonas minor）為材料，該藻屬綠藻門中的平藻綱，栖息在淡水環境中，沒有細胞壁，隻被質膜包圍，是一種極具代表性的單細胞“裸藻”生物。

特别的是，小型平藻可以在經常幹涸的栖息地生存，并從容應對高溫、強光、幹燥等外界環境的波動。據此前研究發現，小型平藻的孢囊可以在90℃的溫度下存活1小時而不喪失活力，其營養細胞在35-40℃的溫度下存活15分鐘而不喪失活力。

研究團隊首先通過系統發育學與比較基因組學分析，明确了小型平藻及其所在平藻綱位于綠藻核心群分支的基部位置。同時，研究團隊根據小型平藻自身基因組的一段特殊區域推測，由于被一種古老的核質大DNA病毒（NCLDVs）感染，小型平藻基因組中整合了病毒序列及其攜帶的外源基因序列，其在小型平藻基因組的進化過程中發揮了重要的作用。

探究小型平藻如何适應外界環境壓力是本研究最關注的問題之一。通過與其它代表性綠藻物種的基因家族比較分析，研究發現小型平藻基因組中有4個與壓力相關基因家族發生明顯擴張，并鑒定了小型平藻編碼的嗜熱蛋白酶和轉錄因子HSF分别是通過細菌和真菌水平基因轉移而獲得。

為進一步探究小型平藻應對非生物脅迫的響應機制，研究團隊對該物種分别施加幹燥、高溫和強光三種壓力，并進行了轉錄組測序分析。研究結果表明，不同壓力處理下小型平藻在不同通路的部分基因均發生了表達上的明顯變化。

本次研究結合比較基因組學和轉錄組的分析，揭示了 “裸藻”小型平藻應對環境壓力的分子機制——核質大DNA病毒感染這一古老的整合事件使小型平藻獲得一些重要的外源性基因資源，包括一些重要的抗性基因，它們在轉座子的驅動下進行了擴增，進而幫助小型平藻可以适應外界波動的環境壓力和應對如強光、幹燥和高溫等一系列非生物脅迫。

中國科學院大學華大基因學院在讀博士徐妍為該論文第一作者。深圳華大生命科學研究院農業基因組學國家重點實驗室劉歡、王思博，德國馬普所Micheal Melkonian為論文共同通訊作者。該項目得到廣東省高通量基因組測序與合成編輯應用重點實驗室計劃項目（2017B030301011）支持。

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