9月22日，深圳大学生命与海洋科学学院张永夏副教授在国际著名期刊Nature Genetics杂志发表了题为“Bryophytes hold a larger gene family space than vascular plants”（苔藓植物基因组拥有比维管植物更丰富的基因家族）的研究论文。研究结果首次系统地揭示了苔藓植物在基因家族层面拥有超越维管植物的多样性，颠覆了长期以来关于苔藓植物“原始、简单”的认知。

研究团队对123种苔藓植物（包括苔类、藓类和角苔类）的基因组进行了高质量测序（图1），研究覆盖了47个苔藓植物目级代表（图2），填补了陆生植物谱系中的诸多空白。该成果标志着苔藓研究全面迈入基因组时代，为后续植物比较基因组学的发展提供了重要支撑。

图1. 新测序的123个苔藓植物系统树和基因组特征

图2. 苔藓植物的目级系统和形态多样性

研究表明，尽管苔藓植物的基因组整体较小，但其基因家族的种类总量却超过了维管植物（图3）。尤其值得注意的是，苔藓植物中“特有”及“谱系特异”基因家族的数量平均是维管植物的两倍以上。这些基因家族不仅在结构上具有高度创新性，其功能也与环境适应密切相关，例如耐旱、抗紫外线及抗病菌等。

图3. 苔藓植物与维管植物基因家族数量的比较

结果显示，苔藓植物展现前所未有的水平基因转移（HGT）规模，苔藓植物每个基因组平均包含约 229 个来源于细菌、真菌、病毒等的“外源基因”，显著高于维管植物的平均 163 个。与维管植物中多数 HGT 基因主要继承自远古的陆地植物祖先不同，苔藓的 HGT 事件贯穿于其演化历程的各个阶段 （图4）。部分苔藓 HGT 基因具有突出的生态功能，例如抗菌、抗虫，甚至参与重要次生代谢产物的合成。这一发现不仅深化了我们对植物与微生物共生及共同演化机制的理解，也为植物基因工程提供了潜在的功能基因资源。

图4. a) 绿色植物在不同进化节点获得的水平转移基因家族数量；b) 各类群中水平转移基因家族的累计数量

苔藓植物在过去被认为是植物进化史上的“边缘类群”，但此次研究发现，它们在基因创新和环境适应方面，展示出极其活跃和独特的演化路径。本研究不仅为理解植物适应陆地环境提供了新的遗传视角，也为农业抗逆基因筛选、环境恢复和生态监测等应用提供了关键资源。随着更多非模式植物的基因组被破译，植物王国的复杂演化面貌将被更加清晰地勾勒出来。

深圳大学生命与海洋科学学院张永夏副教授为文章的共同第一作者，仙湖植物园和深圳华大研究院刘阳，华大研究院刘欢，比利时根特大学Yves Van de Peer，澳大利亚莫纳什大学John L. Bowman为文章共同通讯作者。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41588-025-02325-9

生命与海洋科学学院

2025年9月23日