海葡萄揭示植物進化的秘密

如果你曾經在日本的熱帶島嶼衝繩吃過飯，你的盤子裡可能會有一堆令人驚歎的海藻，每一縷海藻上都點綴著小小的綠色氣泡。這種鹹味小吃被稱為“umi-budo”或“sea grapes”，與米飯、生魚片和一大杯啤酒非常搭配。但是，烏米不只是一道標誌性的配菜;它是衝繩農民的主食。衝繩縣科學技術研究院研究生院(OIST)的研究人員最近解碼了海葡萄的基因組，以了解這種植物獨特的形態，並幫助農民正確種植這種多肉海藻。

許多農民面臨著海葡萄生長不良的問題。他們不知道為什麽會出現這樣的問題。基因組數據可以告訴他們是哪些基因造成了這樣的問題。有了控制海葡萄生長的所有基因的目錄，研究人員可能能夠幫助農民在種植時診斷出缺陷植株。這項研究還可能有助於抑製與之密切相關的綠色海藻的蔓延，這些海藻會把地中海和泛太平洋地區的本地植物品種排擠出去，從而危害環境。

這項研究使用了安娜村漁業合作社的海葡萄樣本，該合作社的溫室就在OIST校區附近。科學家們破譯了整個海葡萄基因組，並將其與15個已發表的植物基因組進行了比較。這項研究揭示了讓海葡萄這種單細胞生物保持複雜形狀的關鍵基因，並證明了利用藻類探索綠色植物進化過程的實用性。

Arimoto說:“最近，其他國家已經開始培育這種和相關種類的綠色海藻。”“我認為這些基因組信息可以幫助他們未來的發展，也可以幫助衝繩縣。”這些綠色的小球從umi-budo植物的中心莖上脫落下來，當它們被咀嚼時，這些小小的小球就會機甲狂潮出一股鹹味。在日語中，這種美妙的口感被稱為“puchi puchi”，這是一種擬聲詞，模仿小流行樂的聲音。海洋基因組學小組很好奇，由一個細胞組成的植物是如何長成如此奇妙的形狀，從而賦予海葡萄獨特的質地。

“當我們開始這個項目時，還沒有(解碼的)綠色海藻基因組，”Arimoto說。“我們完全不知道綠色海藻中有多少基因，以及哪些植物激素能夠促進發育。”研究人員成功破譯了一種umi-budo植物的高質量基因組，並將其與已知的植物基因組進行比較，以確定某些基因是否以不同的數量出現。

結果表明，海葡萄含有一組擴大的基因，這些基因被認為是在綠色植物的共同祖先中發現的核心基因集的後裔。在這些基因中，有一些編碼核轉運調控因子，即幫助控制信息如何在細胞核和胞漿之間流動的蛋白質。胞漿是細胞細胞器漂浮的液體。在多細胞生物中，運輸調控器調節整個細胞隻接收特定的信號，就像收音機的撥號盤一樣。在單細胞生物umi-budo中，蛋白質對細胞中的單個細胞核也有同樣的作用。

該機制允許單個細胞呈現複雜的形狀，儘管缺乏細胞膜將一個區域與另一個區域分開。如果沒有核運輸監管機構，海葡萄就無法在其標誌性的集群中生長。與其他綠藻相比，海葡萄也有額外的基因來編碼同源盒蛋白，這有助於調節植物的物理發育。Arimoto說，同源盒蛋白打開關鍵基因的開關，使它們“打開”或“關閉”，從而觸發細胞過程，並最終形成生物體的解剖結構。

在未來，海洋基因組部門希望分析基因表達，因為它發生在整個海洋葡萄的生命周期。例如，有證據表明，特定的同源盒基因在陸地植物的花粉和卵中高度表達。它們在巫統布多的早期生命階段可能具有類似的重要性。隨著海葡萄種植在衝繩以外和太平洋對岸生根發芽，這些基因組數據可以幫助農民建立更有效的種植策略。