雨后的石階上、老樹根的縫隙里，那層軟軟的苔蘚總給人“柔弱”的印象——沒有結實的表皮，沒有鋒利的尖刺，甚至連真正的根都沒有。
為什么這些“小不點”能在潮濕陰暗、微生物扎堆的環境中生長，卻很少生病腐爛？它真的是植物界里原始又簡單的小角色嗎？
近日，由深圳市仙湖植物園等單位領銜，匯集了全球33家機構的47位科學家的國際科研團隊，發現苔蘚植物基因家族的多樣性，比參天大樹和各類花草等維管植物更為豐富。這意味著，那些看似不起眼的“綠毯”，其實是隱藏的“基因寶庫”，蘊藏著地球上最古老的生存智慧。相關研究成果以封面文章形式發表于《自然·遺傳學》。
“神操作”豐富基因多樣性
科研團隊開展了高質量的基因組測序工作，其研究對象覆蓋苔蘚植物47個目級的代表物種，共計123個，涵蓋苔類、蘚類和角苔類。基于這些測序成果，團隊成功建立了全球首個苔蘚“超級泛基因組”平臺，相當于為苔蘚家族搭建了一個前所未有的“基因圖書館”。
通過深入分析，科研團隊發現，盡管單個苔蘚植物的基因組規模可能并不龐大，但它們所擁有的基因家族種類數卻大幅超過維管植物。苔蘚擁有非冗余的基因家族約64.7萬種，而維管植物只有約37.3萬種。
不僅如此，苔蘚植物中“特有”及“譜系特異”基因家族的數量是維管植物的兩倍以上。這些基因家族不僅結構獨特，其功能也與苔蘚能在嚴酷環境中生存息息相關。例如，它們賦予了苔蘚耐旱、抗紫外線及抗病菌等強大的生存本領。
苔蘚之所以能擁有如此豐富的基因家族多樣性，主要靠兩種“神操作”：自己“從頭造”以及從微生物那里“抄”。
具體來說，苔蘚能把“基因毛坯房”改造成功能齊全的“基因公寓”，即能把基因組里那些原本不是基因的非編碼區，通過長年累月的演化，逐步改造成全新的、有功能的基因。此外，苔蘚堪稱生物界的“基因搬家”高手。它們能直接從細菌、真菌、病毒等微生物那里“借用”有用的基因，這在科學上被稱為水平基因轉移。研究顯示，苔蘚植物每個基因組平均包含約229個來源于細菌、真菌、病毒等的“外源基因”，這一數字顯著高于維管植物。與維管植物中多數水平基因轉移主要來自遠古的陸地植物祖先不同，苔蘚的水平基因轉移貫穿于其演化歷程的各個階段。
具有獨特的抗蟲抗病“武器”
研究結果還揭示了苔蘚植物中一個抗蟲蛋白基因的演化歷史。研究人員發現該基因廣泛存在于苔蘚植物中，是通過水平基因轉移從真菌那里獲得的。該基因編碼一種真菌凝集素結構域蛋白。
為驗證其效果，科研團隊對該蛋白進行了原核表達和純化，并進行了昆蟲毒性試驗。結果證實，該蛋白對棉鈴蟲具有高效毒殺作用，同時能顯著抑制草地貪夜蛾的生長。這一發現有望為農作物抗蟲提供新的解決方案。
更令人驚喜的是，研究團隊在苔蘚植物基因組中發現了3類全新的抗病基因受體。這些基因就像植物免疫系統的“哨兵”，能精準識別病原體的入侵并拉響警報。為了驗證其功能，團隊將這些基因轉入煙草中，并成功證實了它們能激活煙草的防御反應，表現出抗病活性。
與維管植物相比，苔蘚植物的免疫系統具有獨特的結構與功能，其抗病基因的多樣性與創新性為深入探討植物—病原體互作機制提供了新的切入點。這些新發現的抗病基因有望成為培育高抗病性農作物品種的重要基因資源，從而提升農業生產的穩定性與可持續性。
據了解，這項研究不僅改變了人們對苔蘚這種古老植物的認知，也證明了植物的演化之路并非只有“變得高大復雜”一種。苔蘚通過獨特的“基因創新”和“基因借用”策略，同樣能成為地球上分布最廣、適應能力最強的植物類群之一。該研究也為農業抗逆基因篩選、環境恢復和生態監測等提供了關鍵的基因資源。
