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4.5亿年前，当现代陆地植物的藻类祖先首次成功作出从水生环境到荒凉海岸转变时，它急剧改变了气候并为大量陆地生命奠定了基础，从而改变了世界。

但是长期以来，植物用来跨出登陆飞跃的遗传和发育创新一直是自然界的秘密。现在一个国际研究小组在本周(2015年10月5日)的《美国国家科学院院刊(PNAS)》上揭示，从中出现了陆地植物生命的水生藻类已经在基因上预先适应，与大多数陆地植物所需的从土壤中获得营养的微生物形成共生关系。

这一发现很重要，因为它开始充实第一批陆地植物如何从淡水藻类进化而来，与真菌和细菌等微生物形成重要共生关系，并使得这个世界的陆地适合居住的故事。更重要的是，了解有关遗传途径可能最终帮助农学家们解锁保存在谷物和绿藻等植物中的类似基因，它们是最有前途的生物燃料原料，但现在需要大量化肥。

“我们预料到这些机制出现在陆地植物中，”威斯康星大学麦迪逊分校细菌学和农学教授及该PNAS报告资深作者Jean-Michel Ane解释道，“而令人大吃一斤的则是在藻类中发现我们知道允许植物与共生真菌相互作用的机制。”

这个发现首次表明藻类还在水中时就已经知道如何与有益微生物相互作用，在威斯康星大学麦迪逊分校作为博士后研究员进行了该研究，现在在英国约翰·英纳斯中心的Pierre-Marc Delaux评述道，“要没有在藻类中发展出这种预适应能力，今天地球将是一个非常不同的地方。”

许多现存植物物种依赖与微生物的共生关系茁壮成长，最著名的是豆科植物以及它们与固氮菌群的互助联系。但是Ane指出，许多其它植物物种也依赖与真菌的关系来把土壤中的矿物质化学转化为有益于植物的形式。

矿物质营养的有效获取很可能是最早陆地植物的主要挑战之一。

根据威斯康星大学研究者们说，“植物、藻类和真菌之间的关联可能在植物殖民陆地的能力中起到了非常重要的作用，事实上，我们许多人都认为早期植物之所以能够殖民陆地就是因为它们进化出了与有益真菌联合的能力。”

支持植物和微生物之间共生关系所需的基因可能出现在绿藻和陆生植物的一个共同祖先中，Ane说。

在新研究以前，对藻类与真菌之间的关联所知甚少。植物用来与真菌形成共生的遗传途径已知存在于地钱门和角苔门的陆地植物里，它们是所有其它陆生植物世系的古代世系姐妹。地钱类植物生长在全世界的潮湿环境中，已知最古老的地钱化石提供了植物殖民陆地的最早证据。

“我们以前已经在地钱类植物中发现了这些机制，但没在藻类中发现过，”Ane解释说。

虽然之前发现过微生物与藻类相关联，但它们被认为是病原体而不是共生体。“没有人研究过这些淡水藻类中的关联，而我们认为这些关联中有些可能是有益的。”

植物、动物和微生物中的遗传特征在进化历史中往往被保存和改变目的重新使用。在绿藻和现在需要大量化肥的谷物中发现这些允许和有益微生物共生的途径，可能允许植物中更有效地获取养分的设计，并显著减少食物和生物能源生产的化肥需求。

本文译自 Phys，由 王丢兜 编辑发布。

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