撰文丨王聰

編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的一項(xiàng)研究登上了Cell Press頭條。

該論文以：Evolution of protein domains and protein domain combinations provides insights into the origin and diversification of land plants 為題，2025 年 12 月 29 日在線發(fā)表于 Cell 子刊 Cell Genomics 上。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)薛佳宇副教授、Yves Van de Peer教授及根特大學(xué)Li Zhen為論文共同通訊作者。

雖然基因是DNA水平上的基本基因組單位，但在蛋白質(zhì)水平上，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域（由保守的氨基酸序列組成）才是決定功能的基本單位。目前公認(rèn)的結(jié)構(gòu)域被認(rèn)為源自古老的單外顯子基因。一個(gè)結(jié)構(gòu)域可以構(gòu)成單獨(dú)的蛋白質(zhì)，和/或與其他結(jié)構(gòu)域結(jié)合形成包含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的嵌合蛋白，從而通過(guò)結(jié)構(gòu)域重排，不同的結(jié)構(gòu)域組合使多種蛋白質(zhì)功能得以進(jìn)化。

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)從涵蓋所有主要植物譜系的 446 個(gè)基因組中識(shí)別出了所有的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域及結(jié)構(gòu)域組合。研究團(tuán)隊(duì)在陸生植物中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)域和結(jié)構(gòu)域組合比在藻類(lèi)中發(fā)現(xiàn)的多。在輪藻植物早期進(jìn)化過(guò)程中獲得了許多新穎的“核心”蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，極大地豐富了基因組工具包，使植物能夠從單細(xì)胞組織向多細(xì)胞組織轉(zhuǎn)變，并適應(yīng)陸地生活。

在征服陸地之后，陸生植物中祖先核心結(jié)構(gòu)域的數(shù)量持續(xù)減少；相反，獲得的非核心結(jié)構(gòu)域數(shù)量不斷增加，再加上結(jié)構(gòu)域重組活動(dòng)的增強(qiáng)，產(chǎn)生了各種新的結(jié)構(gòu)域組合，從而擴(kuò)大了蛋白質(zhì)的多樣性。

研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，失去現(xiàn)有的遺傳元件（核心結(jié)構(gòu)域）并非總是有害的，因?yàn)檫@可能會(huì)減少物種的進(jìn)化限制，為生物創(chuàng)新（物種形成）和適應(yīng)不斷變化的環(huán)境鋪平道路。

該研究的亮點(diǎn)：

• 對(duì) 446 種植物基因組的比較分析揭示了結(jié)構(gòu)域進(jìn)化模式；

• 早期密集的結(jié)構(gòu)域獲得豐富了植物陸地適應(yīng)的遺傳工具包；

• 核心結(jié)構(gòu)域的持續(xù)丟失可能釋放了現(xiàn)有的進(jìn)化限制；

• 非核心結(jié)構(gòu)域的獲得和結(jié)構(gòu)域重排擴(kuò)大了陸生植物蛋白質(zhì)的多樣性。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(25)00363-5