我們現在知道了最早的陸生植物–古老的藻類是如何在數億年前征服陸地地球，並為後來的所有生命奠定了（字面上的）基礎。書中重點介紹了植物進化過程中引人入勝的遺傳策略。大約5.5 億年前，第一批陸地植物從古老的藻類中迸發出來，來到地球上。這一次性的演化事件被稱為植物陸地化，它從根本上改變了地球的表面和大氣層，使包括人類在內的所有其他陸地生物的發展成為可能。

哥廷根大學培養的兩株Zygnema。 C 表示葉綠體，N 表示細胞核，P 表示類核。單細胞絲含有兩個葉綠體和一個細胞核。

現在，在內布拉斯加-林肯大學的領導下，一個由來自全球20 個研究機構的50 名科學家組成的團隊繪製了四株古老的Zygnema藻類的基因組圖譜，揭開了最早陸地植物的基因創新之路。

內布拉斯加大學林肯分校的計算生物學家、該研究的共同通訊作者尹彥斌說：”這是一個進化的故事。它回答了最早的陸生植物是如何從水生淡水藻類進化而來這一根本問題。

基因組定序是確定生物體完整遺傳物質（DNA）的過程，並將其組裝成一個可計算的表示形式。它為研究物種演化和了解遺傳多樣性提供了寶貴的資源。如果全基因組定序是在基因所在的染色體層面上進行的，則會更有用。

繪製海藻基因組圖譜揭示了陸生植物的演化過程Klára Plíhalová/Wikimedia CommonsCC BY-SA 4.0

研究人員利用德州大學奧斯汀分校的藻類培養庫中的兩個樣株和德國哥廷根大學的兩個樣株，組成了四個多細胞藻類樣株。 Zygnema屬於淡水和半陸生藻類Zygnematophyceae（雙星藻屬），有4000多個已描述的物種，能適應紫外線、極端乾燥和冰凍等極端壓力。陸生植物的一個顯著特徵是它們的多細胞體。多細胞基因與對環境壓力的反應密切相關，為植物的適應性奠定了基礎。

研究人員利用尖端的DNA定序技術，產生了完整的染色體級藻類基因組。透過將這些基因組與其他植物和藻類的基因組進行比較，研究人員發現了雙星藻屬的基因創新。他們發現了涉及生長和發育、細胞分裂、細胞壁生物合成和重塑的”基因程序”，以及由環境線索觸發的基因。基因的共同表達表明，它們共同感知環境並相應地調節植物生長。

“我們的基因網絡分析揭示了基因的共同表達，特別是那些在陸生植物和裸子植物最後的共同祖先中擴展和獲得的細胞壁合成和重塑基因，”Yin說。 “我們揭示了平衡環境響應和多細胞細胞生長機制的深層進化根源”。

研究人員說，他們的發現將引發進一步的研究，這對生物能源、水的可持續性和碳封存都有重要意義。

哥廷根大學的共同通訊作者揚-德-弗里斯（Jan de Vries）說：「我們不僅為整個植物科學界提供了寶貴的高品質資源，使他們現在可以探索這些基因組數據，而且我們的分析也發現了環境反應之間錯綜複雜的關聯。

這項研究發表在《自然遺傳學》雜誌。