雖然它遍布世界各地，但很容易忽視常見的地錢 - 植物可以放在手掌中，看起來由平坦，重疊的葉子組成。盡管這些植物沒有前景，但這些沒有根或維管組織的植物可以傳播營養(yǎng)物質(zhì)，這些植物與從海洋中發(fā)現(xiàn)的藻類到已建立的大量陸地植物的過渡有著密切的聯(lián)系。

據(jù)美國能源部聯(lián)合基因組研究所(DOE JGI)，美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室的研究人員在2017年10月5日發(fā)表的Cell報告，分析了普通地錢(Marchantia polymorpha)的基因組序列。)確定被認(rèn)為對植物進(jìn)化至關(guān)重要的基因和基因家族，并在數(shù)百萬年和植物譜系中得到保護(hù)。這項(xiàng)工作由澳大利亞莫納什大學(xué)，京都大學(xué)和日本金德大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)。

DOE JGI工廠項(xiàng)目主管Jeremy Schmutz表示，“像苔蘚這樣的早期植物是世界上陸生植物的基礎(chǔ)。沒有它們，我們就不會有離海洋和淡水超過兩英尺的植物。”“在回到苔類中時，我們發(fā)現(xiàn)基因與作為候選基因的禾草共享用于生物燃料生產(chǎn)的作物。陸地植物開始于今天在Marchantia中存在相同的部分，因此變化都是由于諸如進(jìn)化，多倍體，基因交換和選擇輪次等因素。我們想知道基因是做什么的，我們通過使用保守序列跨基因組翻譯功能來做到這一點(diǎn)。較小的基因組具有較低的復(fù)雜性 - 例如基礎(chǔ)或早期植物模型(如地錢)中的基因組，使我們能夠識別基因或基因家族的祖先基因。我們確定植物中的基因功能并確定該基因的工作原理，然后通過了解植物歷史中基因或基因家族的進(jìn)化歷史來識別其他基因。

基因組測序和注釋通過DOE JGI的社區(qū)科學(xué)計(jì)劃完成，并允許與DOE JGI測序和分析的其他早期植物譜系進(jìn)行基因組比較：Spikemoss Selaginella moellendorffi和苔蘚Physcomitrella專利。最重要的生物化學(xué)途徑之一涉及激素生長素的產(chǎn)生，其對于調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育是至關(guān)重要的。該團(tuán)隊(duì)確定了一種最小但完整的苔蘚生長素生物合成途徑。另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)表明，編碼產(chǎn)生“防曬劑”的酶的基因可能已經(jīng)從古老的土壤微生物中轉(zhuǎn)移，這些基因使早期植物能夠耐受紫外線。

該團(tuán)隊(duì)最重要的發(fā)現(xiàn)之一涉及植物細(xì)胞壁的發(fā)育。在Marchantia中發(fā)現(xiàn)的編碼用于植物細(xì)胞壁發(fā)育的酶的各種基因強(qiáng)調(diào)了植物細(xì)胞壁對向陸生植物過渡的重要性。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了與Physcomitrella相似的早期木質(zhì)素生物合成基因。雖然他們發(fā)現(xiàn)參與胞間連絲形成的基因(胞間連絲是涉及營養(yǎng)和信號分子轉(zhuǎn)移的膜通道)是一種參與細(xì)胞分裂的途徑，但他們還發(fā)現(xiàn)，地苔保留了早于陸地植物特異性途徑的細(xì)胞分裂途徑的殘余。

另一個重要發(fā)現(xiàn)涉及保水和分配。早期的植物必須制定處理干旱和干燥的策略，現(xiàn)代植物仍然采用許多這些相同的策略。脫落酸是一種植物脅迫激素，當(dāng)水短缺時，當(dāng)植物進(jìn)入休眠狀態(tài)時進(jìn)行調(diào)節(jié)。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了脫落酸生物合成的同源基因，并且還能夠確定特定受體何時成為陸生植物家族的關(guān)鍵。

Schmutz指出，通過社區(qū)科學(xué)計(jì)劃，DOE JGI對植物進(jìn)化歷史的探索正在擴(kuò)大，導(dǎo)致比較基因組學(xué)框架的發(fā)展，包括來自像苔蘚這樣的早期植物譜系的框架，這對整個植物研究界有益。“我們越多地在早期植物譜系中積累這些信息，就越容易將植物功能轉(zhuǎn)移到植物系統(tǒng)發(fā)育中，并比較植物家族以觀察這些基因的輻射。我們將更多地關(guān)注植物的基礎(chǔ)譜系。了解基因的進(jìn)化歷史和位置。如果我們能夠理解這些基因的起源，那么我們就能理解歷史功能。擁有多個物種可以讓我們做更多的事情并展示出比僅僅一個基因組更多的東西。“

通過學(xué)習(xí)基因的原始功能，從早期，更簡單的植物和細(xì)胞的基因組中闡明，科學(xué)家可以更容易地解決在更復(fù)雜的植物中看到的相關(guān)基因的功能，這可能有助于解決生物能源和環(huán)境過程中的DOE任務(wù)。