雨后的石阶上、老树根的缝隙里，那层软软的苔藓总给人“柔弱”的印象——没有结实的表皮，没有锋利的尖刺，甚至连真正的根都没有。可你是否想过：为什么这些“小不点”能在潮湿阴暗、微生物扎堆的地方生长，却很少生病腐烂？它真的是植物界里原始又简单的小角色吗？
近日，由深圳市仙湖植物园、武汉华大生命科学研究院和基因组多维解析技术全国重点实验室领衔，一个汇集了全球33家机构47位科学家的国际科研团队，在全球著名学术期刊《自然-遗传学》（Nature Genetics）以封面文章的形式发表了一项重磅研究成果，发现小小苔藓植物的基因组在基因家族的多样性上竟然比我们熟悉的维管植物（比如参天大树和各类花草）还要丰富！这意味着，那些看似不起眼的“绿毯”，其实是隐藏的“基因宝库”，蕴藏着地球上最古老的生存智慧。
Nature Genetics封面
Nature Genetics官网截图
研究团队对覆盖47个苔藓植物目级代表的123个物种（包括苔类、藓类和角苔类）进行了高质量的基因组测序，并建立了全球首个苔藓“超级泛基因组”平台（www.bryogenomes.org），相当于为苔藓家族搭建了一个前所未有的“基因图书馆”，填补了陆生植物谱系中的巨大空白。
新测序的123个苔藓植物系统树和基因组特征
全球首个苔藓“超级泛基因组”平台
一篇发表在《自然-遗传学》上的评论文章表示：“这项里程碑式的成果为未来苔藓基因组学研究提供了坚实的基础，开启了陆生植物基因组演化研究的新篇章。”
苔藓的基因“工具箱”：种类多，创新性强
通过深入分析，研究团队发现，尽管单个苔藓植物的基因组可能不大，但它们基因家族的种类总量却远超维管植物。苔藓非冗余的基因家族有近64.7万种，而维管植物只有约37.3万种。
而且，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。这些基因家族不仅结构独特，功能也与苔藓能在严酷环境中生存息息相关，例如耐旱、抗紫外线及抗病菌等。
苔藓的“独门基因”是怎么来的？
苔藓之所以能拥有如此丰富的基因家族多样性，主要靠两种“神操作”：
自己“从头造”。就像把废弃的“毛坯房”改造成功能齐全的“基因公寓”一样，苔藓能把基因组里那些原本不是基因的非编码区，通过长年累月的演化，逐步改造成全新的、有功能的基因。这一现象此前主要在水稻、竹子等开花植物中被报道过。本研究首次将苔藓植物纳入新基因起源的研究范畴。
从微生物那里“抄”。苔藓还是生物界的“基因搬家”高手，它们能直接从细菌、真菌、病毒等微生物那里“借用”有用的基因，这在科学上叫做“水平基因转移（HGT）”。
研究显示，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。并且与维管植物中多数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。
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
苔藓植物独特的抗虫抗病“武器”
研究结果揭示了苔藓植物中一个源自真菌的抗虫蛋白基因家族的演化历史。这种抗虫蛋白（FBT）具有显著的杀虫活性，且分子量小、水溶性高，显示出良好的应用潜力。为了验证其效果，研究人员对该蛋白进行了原核表达和纯化，并进行了昆虫毒性试验。结果证实，该蛋白对棉铃虫具有高效的毒杀作用，并能显著抑制草地贪夜蛾的生长。这一发现揭示了FBT蛋白基因家族在农业抗虫领域的巨大应用潜力。
a) 水平转移的FBT毒蛋白基因演化历史；b–e) FBT毒蛋白对草地贪夜蛾和棉铃虫的昆虫毒性实验结果
更令人惊喜的是，研究还发现了苔藓植物独特的免疫系统。研究团队在苔藓植物基因组中发现了3类全新的抗病基因受体，这些基因就像植物免疫系统的“哨兵”，能精准识别病原体的入侵并拉响警报。为了验证其功能，团队将这些基因转入烟草中，并成功证实了它们能激活烟草的防御反应，表现出抗病活性。
与维管植物相比，苔藓植物的免疫系统具有独特的结构与功能，其抗病基因的多样性与创新性为深入探讨植物—病原体互作机制提供了新的切入点。这些新发现的抗病基因有望成为培育高抗病性农作物品种的重要基因资源，从而提升农业生产的稳定性与可持续性。
这项研究不仅改变了我们对苔藓这种古老植物的认知，也证明了植物的演化之路并非只有“变得高大复杂”一种。苔藓通过独特的“基因创新”和“基因借用”策略，同样能成为地球上分布最广、适应能力最强的植物类群之一。本研究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的基因资源。
下次再看到路边、墙角那层不起眼的绿色“绒毯”时，不妨多看它一眼——那小小的身体里，正藏着跨越5亿年演化而来的基因智慧，默默演绎着“以小胜大”的生存传奇！
本研究主要合作单位包括深圳市仙湖植物园、深圳大学、南京农业大学、比利时根特大学、澳大利亚莫纳什大学、美国康涅狄格大学等机构。仙湖植物园董珊珊，武汉华大生命科学研究院和基因组多维解析技术全国重点实验室王思博、李林洲、余进，深圳大学张永夏，南京农业大学薛佳宇为该文章的共同第一作者。仙湖植物园和华大生命科学研究院刘阳、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。本课题得到深圳市城市管理和综合执法局科研专项（No. 202005, 202302, 202403），国家科技重大专项（2023ZD04073）和10KP计划等基金支持。