德國科學家揭示了苔蘚與種子植物調控細胞膜流動性的進化機制

（2021.1.27 AraShare）

2021年1月25日，Nature Plants發表了德國哥廷根大學題為Convergence of sphingolipid desaturation across over 500 million years of plant evolution的研究論文。該文章研究了一個鞘脂脂肪酸不飽和酶編碼基因PpSFD介導小立碗蘚耐冷性的機制，并與擬南芥AtADS2做了比較，揭示了苔蘚與種子植物調控細胞膜流動性的趨同進化機制。

過去二十年，苔蘚植物小立碗蘚（Physcopirium（Physcopirlla）patens）已經成為研究植物進化發育生物學、植物分子生物學、植物比較基因組學等領域的模型系統。為什么小立碗蘚會得到植物科學家們的青睞呢？主要有以下幾個方面的原因：（1）苔蘚植物具有相對簡單的發育模式，其單倍體的配子體在生活史中占主導地位，這使得在研究其基因功能方面具有獨特的優勢;（2）二十年前，人們發現苔蘚植物小立碗蘚能夠高效地通過同源重組的方式將外源DNA整合到其核基因組中，這使得在小立碗蘚中開展反向遺傳學實驗變得簡單易行;（3）小立碗蘚是第一個進行基因組測序的非種子植物，加上越來越多的分子遺傳學工具成功應用到該研究系統，推動了這一模型系統的應用;（4）小立碗蘚具有很強的抗旱、抗冷和抗鹽脅迫的能力，也是逆境生物學研究的理想材料。

在本論文中，作者以小立碗蘚為系統，研究了一個鞘脂脂肪酸不飽和酶編碼基因PpSFD介導小立碗蘚耐冷性形成的分子機制。作者發現在PpSFD基因無功能突變體的脂質譜中缺乏含有單不飽和C24脂肪酸的鞘脂，表現為對冷敏感和對卵菌腐霉易感，表明該基因可能通過修飾磷脂進而影響細胞膜的流動性、參與了小立碗蘚的脅迫耐受能力形成。

有趣的是，該基因在擬南芥Atads2.1（酰基輔酶A去飽和酶類基因）突變體中異位表達能夠在功能上恢復該突變體的冷敏感表型，顯示它們具有類似的生物學功能即催化一個類似的反應。但是，這兩個酶具有明顯不同的進化起源，AtADS2是一個甲基末端去飽和酶，而PpSFD是細胞色素b5融合去飽和酶。

綜上，作者認為在苔蘚與種子植物這兩個分化于5億年前的植物類群中，對細胞膜流動性的調控是獨立進化的，這是一個典型的趨同進化案例。