综合分析揭示褐藻隐藏的基因组进化

海洋覆盖了地球表面的70%以上，是无数维持生态平衡和支持人类福祉的生命形式的家园。其中，褐藻（Phaeophyceae）在维持沿海栖息地、支持海洋生物多样性和通过碳捕获应对气候变化方面发挥着至关重要的作用。虽然它们长期以来引起了科学界的兴趣，但这些生物的基因组和进化历史在很大程度上仍未得到探索

成均馆大学的研究人员通过对44种褐藻的全面基因组分析，揭示了褐藻的进化历程。这项研究发表在《细胞》杂志上。它创建了Phaeoexplorer数据库，这是比较基因组学的一个有价值的工具。研究人员探索了关键的进化里程碑，包括从单细胞到多细胞的转变，以及病毒序列整合到褐藻基因组中——这是一个以前未被探索的领域

这项研究揭示了褐藻历史上的两个主要进化里程碑。主要作者Hwan Su Yoon教授解释说：“大约4.5亿年前，褐藻从单细胞生物转变为简单的多细胞形式。这种转变是由细菌的水平基因转移驱动的，能够合成重要的细胞壁成分，如藻酸盐和根轮蛋白。藻类聚集的这些适应性改善了细胞间的交流和对捕食者的防御，标志着它们进化的关键一步。”

大约2亿年前在泛古陆解体后，褐藻经历了显著的物种多样化。Yoon教授解释说：“这种多样化导致了复杂的生命周期、结构创新和专门的代谢途径的发展，塑造了各种物种的生态作用。该研究还揭示了褐藻基因组中广泛的病毒整合，在分析的69个基因组中，有67个发现了褐病毒序列。”这些病毒整合可能在塑造褐藻的进化和多样性方面发挥了关键作用

这项研究为褐藻的实际应用提供了宝贵的见解。在水产养殖方面，它支持裙带菜和日本糖精等商业上重要物种的选择性育种计划，提高生产力和抗病性。在生物技术中，海藻酸盐等化合物的生物合成为保健品、生物活性物质和可持续生物材料打开了大门。该研究还强调了褐藻在减缓气候变化方面的潜力，特别是在碳捕获和生态系统恢复方面，突出了它们的生态和经济效益

这项研究还为气候变化如何影响海洋生态系统提供了宝贵的见解。Yoon教授表示：“通过分析过去的环境变化如何影响褐藻的进化，我们可以更好地预测未来的气候变化如何影响海洋生物多样性。这项研究建立的基因组资源有助于确定增强生态恢复力的特征，指导开发能够抵抗气候压力（如气温上升和海平面变化）的褐藻的努力。”此外，将海带林推广为“蓝碳”水库为固碳提供了一种天然的解决方案，在促进海洋环境生态可持续性的同时减轻气候变化的影响

通过解码褐藻的基因组成，这项研究加深了我们对海洋生态系统的理解，并为我们如何利用它们的生态和经济潜力实现更可持续的未来提供了见解

海洋是我们星球恢复力的关键，这项研究为植根于自然智慧的可持续未来提供了路线图 More information: France Denoeud et al, Evolutionary genomics of the emergence of brown algae as key components of coastal ecosystems, Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.10.049

Journal information: Cell