对大型藻类遗传学的深入研究揭示了使大型藻类或“海藻”进化为多细胞生物的遗传基础。研究人员在4月12日的《Molecular Plant》杂志上报告说，三种大型藻类系通过获得细胞粘附、细胞外基质形成和细胞分化的基因，在非常不同的时期独立地发展出多细胞。令人惊讶的是，许多这些多细胞激活基因起源于病毒。这项研究将大藻基因组的测序总数从14个增加到124个，是第一个通过基因组学的视角研究大藻进化的研究。

“这是一个巨大的基因组资源，将为更多的研究打开大门，”共同第一作者、纽约大学阿布扎比分校和阿拉伯联合酋长国技术创新研究所的藻类生物学家Alexandra Mystikou说。“大型藻类在全球气候调节和生态系统中发挥着重要作用，它们有许多商业和生态工程应用，但直到现在，关于它们基因组的信息还不多。”

巨藻可以在淡水和海水中生存，是一种复杂的多细胞生物，具有独特的器官和组织，而微藻则是微观的单细胞生物。有三大类大型藻——红色(红藻)、绿色(绿藻)和棕色(绿藻)——它们在非常不同的时间和非常不同的环境条件下独立地进化成多细胞生物。红藻和绿藻都是在10亿多年前进化成多细胞生物的，而绿藻是在过去20万年里才变成多细胞生物的。

为了研究大藻多细胞生物的进化，研究人员对来自不同地理和气候下淡水和咸水栖息地的105个不同物种的110个新大藻基因组进行了测序。

研究人员发现了几种区分大藻和微藻的代谢途径，其中一些可能是入侵大藻物种成功的原因。这些代谢基因中的许多似乎是由感染藻类的病毒提供的，而病毒起源的基因在最近进化的褐藻中尤为普遍。

他们发现，大型藻类在向多细胞进化的过程中获得了许多在微藻类中不存在的新基因。对于这三种谱系，关键的获取包括参与细胞粘附(使细胞粘在一起)、细胞分化(允许不同细胞发展特殊功能)、细胞通讯和细胞间运输的基因。

“许多与多细胞功能相关的褐藻基因具有只存在于感染它们的病毒中的特征基元，”共同第一作者、纽约大学阿布扎比分校的生物信息学家David Nelson说。“这是一种过去只被暗示过的疯狂理论，但从我们的数据来看，这些水平转移的基因似乎是褐藻进化多细胞的关键因素。”

研究小组还发现了大藻谱系之间的其他不同特征。他们观察到不同种类的红藻之间有更多的多样性，它们首先进化成多细胞生物，因此有更长的时间来分化。他们还发现，绿藻与陆地植物有许多相同的基因组特征，这表明这些基因可能已经存在于绿藻和植物的最后一个共同祖先身上。

资深作者、纽约大学阿布扎比分校的系统生物学家 Kourosh Salehi-Ashtiani说:“我们绝不可能彻底探索这些基因组中的所有内容。在这篇论文中，我们还没有涉及到大量的信息，任何感兴趣的人都可以挖掘这些信息。”

研究人员已经在深入研究数据集，以调查大型藻类对环境和栖息地的适应性。未来，他们希望对更多的大藻基因组进行测序和分析。

Salehi-Ashtiani说:“我们想更详细地探索其中的一些特征，这意味着如果我们能得到更多的基因组。”

Macroalgal deep genomics illuminate multiple paths to aquatic, photosynthetic multicellularity