加利福尼亞州沃爾特克里克 - 這不是圣誕節(jié)，但是一種類似于季節(jié)性針葉樹的小植物的DNA序列正在為生物燃料研究人員提供可能影響候選生物燃料原料植物發(fā)展的信息，并為植物學(xué)家們提供期待已久的植物進(jìn)化見解。

普渡大學(xué)的植物學(xué)家Jody Banks說：“當(dāng)你燃燒煤炭時(shí)，你正在燃燒Selaginella的祖先。”他最初建議美國能源部(DOE)聯(lián)合基因組研究所(JGI)將這種植物命名為spikemoss as美國能源部JGI 2005社區(qū)測(cè)序計(jì)劃的一部分。

5月5日在線發(fā)表于Science Express，來自60多家機(jī)構(gòu)的研究人員，其中包括DOE JGI的Dan Rokhsar和Igor Grigoriev，這項(xiàng)工作的高級(jí)作者報(bào)告了Selaginella moellendorffii的基因組序列，并使用比較基因組學(xué)方法來識(shí)別核心基因可能存在于共同的祖先植物中。

Grigoriev指出，Selaginella基因組有助于填補(bǔ)植物進(jìn)化中的巨大空白，從單細(xì)胞綠藻Chlamydomonas，在DOE JGI測(cè)序并于2007年發(fā)表，用于開發(fā)具有血管系統(tǒng)的植物。“ 卷柏屬占據(jù)系統(tǒng)發(fā)育的重要位置，我們沒有參考，”他說。“在光譜的一端，我們有像Physcomitrella這樣的苔蘚” - 第一個(gè)由DOE JGI進(jìn)行基因組測(cè)序和發(fā)表的苔蘚 - “另一個(gè)是被子植物，如草，包括Brachypodium，”其基因組由DOE JGI出版去年。

Spikemoss像草一樣高大，但由于它在4億多年前與開花植物分開，它沒有像后來植物一樣的根和葉。為了幫助理解這些關(guān)系，研究人員比較基因組卷柏對(duì)那些衣，小立碗和14種被子植物(有花植物)，包括擬南芥和水稻確定共同的基因。

班克斯說，擁有spikemoss基因組揭示了從苔蘚到具有血管系統(tǒng)的植物的過渡并沒有涉及從不產(chǎn)生花的維管植物到具有生產(chǎn)花的維管植物的基因。“我們對(duì)卷柏(Selaginella)有更好的想法，這些基因只能在被子植物中進(jìn)化。植物需要血管組織高，從根部到葉子運(yùn)輸營養(yǎng)，“她說。“這相當(dāng)復(fù)雜，但事實(shí)證明，與發(fā)明花朵相比，這個(gè)過程并不需要那么多基因。”

為了幫助血管組織保持直立，植物依賴木質(zhì)素，這是一種研究人員正在研究的聚合物生物燃料，因?yàn)樗膭傂越Y(jié)構(gòu)難以分解，阻礙了它們作為潛在的生物能源原料的使用。該論文的合著者和Purdue同事的銀行同事Clint Chapple一直在使用Selaginella基因組來研究在植物中合成三種不同類型木質(zhì)素的途徑。

“我們學(xué)到的是，卷柏不僅獨(dú)立地發(fā)明了S型木質(zhì)素，甚至可能比被子植物更早發(fā)明木質(zhì)素，而是通過相關(guān)但不同的化學(xué)途徑來實(shí)現(xiàn)它，”Chapple說。他描述了最近的一個(gè)項(xiàng)目[由美國國家科學(xué)基金會(huì)資助]，其中來自卷柏中木質(zhì)素合成途徑的酶用于修飾擬南芥中規(guī)范的木質(zhì)素生成途徑以產(chǎn)生聚合物。他說，基因組序列提供了戰(zhàn)略研究機(jī)會(huì)。“我們已經(jīng)知道，如果你改變木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元，你可以改善農(nóng)業(yè)和工業(yè)用途的生物質(zhì)。”

Banks還指出，Selaginella研究界已經(jīng)圍繞基因組的可用性發(fā)展，該基因組于2009年通過DOE JGI的植物門戶Phytozome公開發(fā)布。她引用的一個(gè)指標(biāo)是為卷柏基因組學(xué)做出貢獻(xiàn)的研究人員數(shù)量她幫助維護(hù)維基，其存在只通過口口相傳。“現(xiàn)在有超過100位共同作者，因?yàn)槿藗儗?duì)基因組很感興趣，”她說。“最近有大量論文，包括卷柏基因，因?yàn)樗_實(shí)有助于研究人員了解他們最喜歡的基因家族的進(jìn)化。卷柏代表植物進(jìn)化樹的一個(gè)整體分支，以前沒有人采樣，這非常重要。木質(zhì)素的故事就是一個(gè)例子。“

美國能源部聯(lián)合基因組研究所在美國能源部科學(xué)辦公室的支持下，致力于推進(jìn)基因組學(xué)研究，以支持與清潔能源生產(chǎn)，環(huán)境特征描述和清理相關(guān)的DOE任務(wù)?？偛课挥诩永Ｄ醽喼軼alnut Creek的DOE JGI提供集成的高通量測(cè)序和計(jì)算分析，使基于系統(tǒng)的科學(xué)方法能夠應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。