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。
为什么这些“小不点”能在潮湿阴暗、微生物扎堆的环境中生长，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等单位领衔，汇集了全球33家机构的47位科学家的国际科研团队，发现苔藓植物基因家族的多样性，比参天大树和各类花草等维管植物更为丰富。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。相关研究成果以封面文章形式发表于《自然·遗传学》。
“神操作”丰富基因多样性
科研团队开展了高质量的基因组测序工作，其研究对象覆盖苔藓植物47个目级的代表物种，共计123个，涵盖苔类、藓类和角苔类。基于这些测序成果，团队成功建立了全球首个苔藓“超级泛基因组”平台，相当于为苔藓家族搭建了一个前所未有的“基因图书馆”。
通过深入分析，科研团队发现，尽管单个苔藓植物的基因组规模可能并不庞大，但它们所拥有的基因家族种类数却大幅超过维管植物。苔藓拥有非冗余的基因家族约64.7万种，而维管植物只有约37.3万种。
不仅如此，苔藓植物中“特有”及“谱系特异”基因家族的数量是维管植物的两倍以上。这些基因家族不仅结构独特，其功能也与苔藓能在严酷环境中生存息息相关。例如，它们赋予了苔藓耐旱、抗紫外线及抗病菌等强大的生存本领。
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”以及从微生物那里“抄”。
具体来说，苔藓能把“基因毛坯房”改造成功能齐全的“基因公寓”，即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。此外，苔藓堪称生物界的“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，这在科学上被称为水平基因转移。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”，这一数字显著高于维管植物。与维管植物中多数水平基因转移主要来自远古的陆地植物祖先不同，苔藓的水平基因转移贯穿于其演化历程的各个阶段。
具有独特的抗虫抗病“武器”
研究结果还揭示了苔藓植物中一个抗虫蛋白基因的演化历史。研究人员发现该基因广泛存在于苔藓植物中，是通过水平基因转移从真菌那里获得的。该基因编码一种真菌凝集素结构域蛋白。
为验证其效果，科研团队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毒杀作用，同时能显著抑制草地贪夜蛾的生长。这一发现有望为农作物抗虫提供新的解决方案。
更令人惊喜的是，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。
据了解，这项研究不仅改变了人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。该研究也为农业抗逆基因筛选、环境恢复和生态监测等提供了关键的基因资源。
