雨後的石階上、老樹根的縫隙裏，那層軟軟的苔蘚總給人“柔弱”的印象——沒有結實的表皮，沒有鋒利的尖刺，甚至連真正的根都沒有。可你是否想過：為什麼這些“小不點”能在潮濕陰暗、微生物扎堆的地方生長，卻很少生病腐爛？它真的是植物界裏原始又簡單的小角色嗎？

近日，由深圳市仙湖植物園、武漢華大生命科學研究院和基因組多維解析技術全國重點實驗室領銜，一個匯集了全球33家機構47位科學家的國際科研團隊，在全球著名學術期刊《自然-遺傳學》（Nature Genetics）以封面文章的形式發表了一項重磅研究成果，發現小小苔蘚植物的基因組在基因家族的多樣性上竟然比我們熟悉的維管植物（比如參天大樹和各類花草）還要豐富！這意味著，那些看似不起眼的“綠毯”，其實是隱藏的“基因寶庫”，蘊藏著地球上最古老的生存智慧。

Nature Genetics封面

研究團隊對覆蓋47個苔蘚植物目級代表的123個物種（包括苔類、蘚類和角苔類）進行了高品質的基因組測序，並建立了全球首個苔蘚“超級泛基因組”平臺（www.bryogenomes.org），相當於為苔蘚家族搭建了一個前所未有的“基因圖書館”，填補了陸生植物譜係中的巨大空白。

新測序的123個苔蘚植物系統樹和基因組特徵

全球首個苔蘚“超級泛基因組”平臺

一篇發表在《自然-遺傳學》上的評論文章表示：“這項里程碑式的成果為未來苔蘚基因組學研究提供了堅實的基礎，開啟了陸生植物基因組演化研究的新篇章。”

苔蘚的基因“工具箱”：種類多，創新性強

通過深入分析，研究團隊發現，儘管單個苔蘚植物的基因組可能不大，但它們基因家族的種類總量卻遠超維管植物。苔蘚非冗余的基因家族有近64.7萬種，而維管植物只有約37.3萬種。

而且，苔蘚植物中“特有”及“譜係特異”基因家族的數量平均是維管植物的兩倍以上。這些基因家族不僅結構獨特，功能也與苔蘚能在嚴酷環境中生存息息相關，例如耐旱、抗紫外線及抗病菌等。

苔蘚的“獨門基因”是怎麼來的？

苔蘚之所以能擁有如此豐富的基因家族多樣性，主要靠兩種“神操作”：

自己“從頭造”。就像把廢棄的“毛坯房”改造成功能齊全的“基因公寓”一樣，苔蘚能把基因組裏那些原本不是基因的非編碼區，通過長年累月的演化，逐步改造成全新的、有功能的基因。這一現象此前主要在水稻、竹子等開花植物中被報道過。本研究首次將苔蘚植物納入新基因起源的研究範疇。

從微生物那裏“抄”。苔蘚還是生物界的“基因搬家”高手，它們能直接從細菌、真菌、病毒等微生物那裏“借用”有用的基因，這在科學上叫做“水準基因轉移（HGT）”。

研究顯示，苔蘚植物每個基因組平均包含約229個來源於細菌、真菌、病毒等的“外源基因”，顯著高於維管植物的平均163個。並且與維管植物中多數HGT基因主要繼承自遠古的陸地植物祖先不同，苔蘚的HGT事件貫穿于其演化歷程的各個階段。

a) 綠色植物在不同進化節點獲得的水準轉移基因家族數量；b) 各類群中水準轉移基因家族的累計數量

苔蘚植物獨特的抗蟲抗病“武器”

研究結果揭示了苔蘚植物中一個源自真菌的抗蟲蛋白基因家族的演化歷史。這種抗蟲蛋白（FBT）具有顯著的殺蟲活性，且分子量小、水溶性高，顯示出良好的應用潛力。為了驗證其效果，研究人員對該蛋白進行了原核表達和純化，並進行了昆蟲毒性試驗。結果證實，該蛋白對棉鈴蟲具有高效的毒殺作用，並能顯著抑制草地貪夜蛾的生長。這一發現揭示了FBT蛋白基因家族在農業抗蟲領域的巨大應用潛力。

a) 水準轉移的FBT毒蛋白基因演化歷史；b–e) FBT毒蛋白對草地貪夜蛾和棉鈴蟲的昆蟲毒性實驗結果

更令人驚喜的是，研究還發現了苔蘚植物獨特的免疫系統。研究團隊在苔蘚植物基因組中發現了3類全新的抗病基因受體，這些基因就像植物免疫系統的“哨兵”，能精準識別病原體的入侵並拉響警報。為了驗證其功能，團隊將這些基因轉入煙草中，並成功證實了它們能激活煙草的防禦反應，表現出抗病活性。

與維管植物相比，苔蘚植物的免疫系統具有獨特的結構與功能，其抗病基因的多樣性與創新性為深入探討植物—病原體互作機制提供了新的切入點。這些新發現的抗病基因有望成為培育高抗病性農作物品種的重要基因資源，從而提升農業生産的穩定性與可持續性。

這項研究不僅改變了我們對苔蘚這種古老植物的認知，也證明了植物的演化之路並非只有“變得高大複雜”一種。苔蘚通過獨特的“基因創新”和“基因借用”策略，同樣能成為地球上分佈最廣、適應能力最強的植物類群之一。本研究也為農業抗逆基因篩選、環境恢復和生態監測等應用提供了關鍵的基因資源。

下次再看到路邊、墻角那層不起眼的綠色“絨毯”時，不妨多看它一眼——那小小的身體裏，正藏著跨越5億年演化而來的基因智慧，默默演繹著“以小勝大”的生存傳奇！