德国科学家揭示了苔藓与种子植物调控细胞膜流动性的进化机制

（2021.1.27 AraShare）

2021年1月25日，Nature Plants發表了德国哥廷根大学题为Convergence of sphingolipid desaturation across over 500 million years of plant evolution的研究论文。该文章研究了一个鞘脂脂肪酸不饱和酶编码基因PpSFD介导小立碗藓耐冷性的机制，并与拟南芥AtADS2做了比较，揭示了苔藓与种子植物调控细胞膜流动性的趋同进化机制。

过去二十年，苔藓植物小立碗藓（Physcopirium（Physcopirlla）patens）已经成为研究植物进化发育生物学、植物分子生物学、植物比较基因组学等领域的模型系统。为什么小立碗藓会得到植物科学家们的青睐呢？主要有以下几个方面的原因：（1）苔藓植物具有相对简单的发育模式，其单倍体的配子体在生活史中占主导地位，这使得在研究其基因功能方面具有独特的优势;（2）二十年前，人们发现苔藓植物小立碗藓能够高效地通过同源重组的方式将外源DNA整合到其核基因组中，这使得在小立碗藓中开展反向遗传学实验变得简单易行;（3）小立碗藓是第一个进行基因组测序的非种子植物，加上越来越多的分子遗传学工具成功应用到该研究系统，推动了这一模型系统的应用;（4）小立碗藓具有很强的抗旱、抗冷和抗盐胁迫的能力，也是逆境生物学研究的理想材料。

在本论文中，作者以小立碗藓为系统，研究了一个鞘脂脂肪酸不饱和酶编码基因PpSFD介导小立碗藓耐冷性形成的分子机制。作者发现在PpSFD基因无功能突变体的脂质谱中缺乏含有单不饱和C24脂肪酸的鞘脂，表现为对冷敏感和对卵菌腐霉易感，表明该基因可能通过修饰磷脂进而影响细胞膜的流动性、参与了小立碗藓的胁迫耐受能力形成。

有趣的是，该基因在拟南芥Atads2.1（酰基辅酶A去饱和酶类基因）突变体中异位表达能够在功能上恢复该突变体的冷敏感表型，显示它们具有类似的生物学功能即催化一个类似的反应。但是，这两个酶具有明显不同的进化起源，AtADS2是一个甲基末端去饱和酶，而PpSFD是细胞色素b5融合去饱和酶。

综上，作者认为在苔藓与种子植物这两个分化于5亿年前的植物类群中，对细胞膜流动性的调控是独立进化的，这是一个典型的趋同进化案例。