苔蘚類包括苔、蘚和角苔三大分支，是現(xiàn)存最早的陸生植物，代表了植物演化過程中從水生到陸生的過渡類群。長久以來關(guān)于早期陸地植物的起源與植物登陸一直存在諸多爭論和未解之謎。近年來，人們利用組學(xué)數(shù)據(jù)將早期陸地植物的系統(tǒng)位置爭論聚焦到了角苔類上。角苔類以其難解的系統(tǒng)位置、衍生與原始兼具的形態(tài)特征、與細(xì)菌和真菌廣泛共生的特異現(xiàn)象而備受關(guān)注。

在中國科學(xué)院植物研究所系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的布局與支持下，陳之端研究組于2008年啟動(dòng)了角苔基因組測序計(jì)劃，多年來通過研究團(tuán)隊(duì)間密切合作，創(chuàng)新研究方法攻堅(jiān)克難，終于在角苔基因組的解析上獲得了突破。研究人員利用三代測序的Nanopore數(shù)據(jù)和二代測序的Illumina數(shù)據(jù)，通過一系列精細(xì)設(shè)計(jì)的去污染流程，得到了119 Mb （contig N50 796.64 kb，scaffold N50 1.09 Mb）的芽胞角苔（Anthoceros angustus） 基因組組裝結(jié)果，獲得了第一個(gè)高質(zhì)量的角苔參考基因組。

該研究通過系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)分析進(jìn)一步確定了苔蘚類植物的單系性，并支持角苔類位于苔蘚類分支的最基部。研究發(fā)現(xiàn)，在植物登陸過程中，角苔可謂“輕裝上陣”，具有一套與其簡單的形態(tài)結(jié)構(gòu)相匹配的低冗余度的小基因組;同時(shí)其基因組又不失功能的完備性，包含了與植物發(fā)育相關(guān)的基本轉(zhuǎn)錄調(diào)控工具包。與之相對，在角苔基因組當(dāng)中與RNA編輯、UV耐受以及抗脫水等環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的基因家族卻通過串聯(lián)重復(fù)獲得了擴(kuò)張，同時(shí)角苔還受益于從土壤細(xì)菌和真菌轉(zhuǎn)移而來的基因，豐富了其抗性響應(yīng)和代謝相關(guān)的基因組分。此前，角苔類是苔蘚類中唯一沒有完整解析的高質(zhì)量參考基因組的類群，該研究彌補(bǔ)了這一空白，結(jié)合在其他苔蘚類植物中的相關(guān)報(bào)道，該研究認(rèn)為從土壤細(xì)菌和真菌中“借”基因來更好地適應(yīng)陸地環(huán)境是早期陸地植物的“通用”手段，進(jìn)而深入揭示了苔蘚類植物對陸地環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制。

該研究成果于2月10日作為封面文章在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nature Plants。植物所助理研究員張劍、博士付新星、助理研究員李睿琦，武漢大眾源生科技服務(wù)有限公司博士趙翔、深圳仙湖植物園研究員劉陽，福建農(nóng)林大學(xué)副教授李明河，比利時(shí)根特大學(xué)博士Arthur Zwaenepoel為該論文的共同第一作者;植物所研究員陳之端、福建農(nóng)林大學(xué)教授劉仲健、深圳仙湖植物園教授張壽洲、比利時(shí)根特大學(xué)教授Yves Van de Peer為共同通訊作者。該研究得到中非聯(lián)合研究中心、中科院國際研究與教育發(fā)展計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、深圳仙湖植物園、中科院植物所系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、福建農(nóng)林大學(xué)蘭科植物保護(hù)和利用國家林草局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的資助。