如果你對蘇鐵這個(gè)名字感到陌生，其實(shí)我們常說的“鐵樹開花”中，鐵樹的學(xué)名便是蘇鐵。

蘇鐵是地球上現(xiàn)存最古老的種子植物，是著名的“活化石”植物。它的起源可以追溯到大約3億年前，在侏羅紀(jì)時(shí)代達(dá)到最盛期，曾與恐龍一起稱霸整個(gè)地球。

蘇鐵經(jīng)歷過兩次大滅絕、數(shù)輪冰川期等諸多考驗(yàn)，在這個(gè)星球上存活了億萬年，今天卻已處于瀕危邊緣。目前，蘇鐵被世界自然保護(hù)聯(lián)盟紅色名錄列為極度瀕危物種，也是我國國家一級重點(diǎn)保護(hù)植物。2008年，中國政府主導(dǎo)完成的第一個(gè)“珍稀瀕危植物回歸”項(xiàng)目，便是關(guān)于蘇鐵保護(hù)。

近日，華大聯(lián)合多家科研單位完成蘇鐵基因組解析工作，發(fā)布蘇鐵完整基因組圖譜。4月18日，《自然-植物》（Nature Plants）以封面文章發(fā)表該研究成果。本次發(fā)布的蘇鐵基因組，代表著種子植物基因組演化研究中的最后一塊拼圖已順利完成。

?Nature Plants官網(wǎng)截圖

作為最原始的種子植物，蘇鐵具有極其重要的科學(xué)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可以說是“植物界的大熊貓”。然而，蘇鐵的基因組較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為科學(xué)研究工作增添不少難度。現(xiàn)存最原始種子植物中，僅蘇鐵分支一直缺少完整的基因組圖譜。

2017年，深圳華大生命科學(xué)研究院（以下簡稱“華大研究院”）啟動萬種植物基因組計(jì)劃，旨在推進(jìn)生物多樣性、進(jìn)化、生態(tài)保護(hù)及各種重要基礎(chǔ)科研和農(nóng)業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化問題的研究。同年，華大研究院、深圳市仙湖植物園、中科院昆明植物所聯(lián)合發(fā)起蘇鐵基因組項(xiàng)目。

據(jù)華大生命科學(xué)研究院劉歡研究員介紹，該項(xiàng)目選取蘇鐵類最基部的類群、同時(shí)也是中國特有的古老殘遺種-攀枝花蘇鐵作為測序材料，吸引了植物學(xué)領(lǐng)域國際頂級專家加入，最終由國內(nèi)外22個(gè)機(jī)構(gòu)，60多名科學(xué)家共同參與完成，研究成果數(shù)據(jù)公開共享，全球科學(xué)家可免費(fèi)下載使用。

本次研究選取蘇鐵現(xiàn)存的一些重點(diǎn)科學(xué)問題作為主要研究方向，下文摘選其中幾點(diǎn)進(jìn)行介紹。

雖然蘇鐵的基因組很大，但是進(jìn)化速率很低、變異慢，積累的變異極其有限，研究者很難確定其演化歷史。

現(xiàn)在我們看到的蘇鐵，大多是近期幾次輻射演化的后代，共有2科10屬。研究團(tuán)隊(duì)基于現(xiàn)存蘇鐵目339種植物的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，重建了蘇鐵類自身的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，確定了蘇鐵演化的完整歷史。分子鐘分析表明，現(xiàn)存蘇鐵的多樣化同步發(fā)生于距今1100至2000萬年之間，是中新世以來氣候劇烈變化的結(jié)果。

聰明的恐龍?jiān)谑秤锰K鐵種子的時(shí)候，都是囫圇吞棗式的吃法，根本不會細(xì)細(xì)咀嚼。這是因?yàn)樘K鐵在長期演化過程中，為保證繁衍而制定的防御武器，使其種子果殼內(nèi)的種仁具有毒性，動物一旦誤食會出現(xiàn)惡心嘔吐現(xiàn)象。

研究團(tuán)隊(duì)在攀枝花蘇鐵基因組中發(fā)現(xiàn)一種細(xì)胞毒素蛋白基因（fitD），該基因起源于細(xì)菌，通過水平基因轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)移到真菌和蘇鐵中?；谔K鐵類339個(gè)物種轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)該毒素蛋白只在蘇鐵中存在，且在蘇鐵種子和根部高表達(dá)，目前尚未在其它植物中發(fā)現(xiàn)。

??攀枝花蘇鐵的基因組特征，對應(yīng)其11條染色體

蘇鐵均為雌雄異株，對其性別的分辨，只能通過開花后的形狀來進(jìn)行判斷。但蘇鐵生長緩慢，成株樹齡多在10年以上且適宜環(huán)境條件下才會開花。

了解一個(gè)物種的性別比例，對其繁衍延續(xù)、科學(xué)保護(hù)等具有重要意義。蘇鐵的性別控制基因問題，困擾科學(xué)界已久。本次研究發(fā)現(xiàn)了蘇鐵的性別決定相關(guān)基因，揭示了蘇鐵性別決定的遺傳機(jī)制。

研究團(tuán)隊(duì)通過對62株雌雄蘇鐵群體（源于四川攀枝花蘇鐵國家級保護(hù)區(qū)）進(jìn)行測序分析，在雄株的Y染色體中找到了雌雄表達(dá)差異最大的一個(gè)基因，該基因編碼一個(gè)MADS-box轉(zhuǎn)錄因子，推測其調(diào)控雌雄蘇鐵的性器官發(fā)育。該轉(zhuǎn)錄因子的同源基因也僅能在雄株基因組中檢測到，說明了該性別決定機(jī)制在蘇鐵類植物中的保守性。

a) 攀枝花蘇鐵；b) 攀枝花蘇鐵雄株和雌株的孢子體

蘇鐵在性別方面還有一個(gè)特別的地方，其雄株的精子體積是所有生物中最大的，且保留有鞭毛，能夠在花粉管的液體內(nèi)自由游動?，F(xiàn)生種子植物中，只有蘇鐵和銀杏保留有這種特征。研究發(fā)現(xiàn)，蘇鐵和銀杏均保留了大量鞭毛組裝所需基因。此外，與鞭毛行使功能密切相關(guān)的外周致密纖維合成基因（ODFs），只在蘇鐵和銀杏基因組中存在，在其它種子植物中則全部丟失。這也進(jìn)一步證實(shí)了蘇鐵在種子植物演化中古老的地位。

除了在上述農(nóng)業(yè)方面具有可觀的應(yīng)用前景之外，蘇鐵還有著很多待研究發(fā)掘的實(shí)用價(jià)值，譬如藥用價(jià)值上，蘇鐵全身均可入藥，葉片提取物有抗癌活性，在治療癌癥、艾滋病、肝臟疾病等多種疾病的藥物中均有應(yīng)用。此次研究在蘇鐵種子儲存蛋白中發(fā)現(xiàn)的營養(yǎng)功能、抗菌功能等，也無一不預(yù)示著蘇鐵將為生態(tài)保護(hù)、人類生活與健康帶來更多可能性。

習(xí)近平總書記指出，綠水青山既是自然財(cái)富，又是經(jīng)濟(jì)財(cái)富。堅(jiān)持“綠水青山就是金山銀山”科學(xué)理念，做好生物多樣性保護(hù)工作，對全球生態(tài)文明建設(shè)、人類文明發(fā)展具有重要意義。未來，華大將秉持人類命運(yùn)共同體理念，持續(xù)推進(jìn)植物基因組學(xué)研究，為生態(tài)保護(hù)、社會可持續(xù)發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)。