你对苏铁这个名字感到陌生吗？其实我们常说的“铁树开花”中，铁树的学名便是苏铁。

作为最原始的种子植物，苏铁具有极其重要的科学价值、生态价值和经济价值，可以说是“植物界的大熊猫”。然而，苏铁的基因组较大，结构复杂，为科学研究工作增添不少难度。现存最原始种子植物中，仅苏铁分支一直缺少完整的基因组图谱。

4月19日，市城管和综合执法局召开新闻发布会，记者从会上获悉，4月18日，《自然–植物》以封面文章在线发表了题为《苏铁基因组和种子植物早期演化（The Cycas genome and the early evolution of seed plants）》的研究成果。文章的发表，代表着种子植物基因组演化研究中的最后一块拼图完成，种子植物各大分支的基因组到现在均已覆盖。

▲图片说明：中国特有的古老残遗种–攀枝花苏铁为此次研究的测序材料。

重建苏铁植物家谱，探明其时空演化规律

苏铁类起源于古生代二叠纪早期，距今已有至少2亿7千万年历史。一直以来被认为是活化石，其在种子植物“生命之树”位置也一直有争议，项目团队明确了苏铁的系统位置，证实了苏铁在种子植物演化中的古老地位。同时，研究团队基于现存苏铁339种植物的转录组数据，重建了苏铁类自身的系统发育关系，并通过分子数据和化石证据，明确了苏铁的时空演化格局。

“我们选取苏铁类最基部的类群、同时也是中国特有的古老残遗种–攀枝花苏铁作为测序材料。”该论文共同通讯作者、深圳华大生命科学研究院刘欢说，“我们通过不同的测序技术，确定苏铁基因组大小为10.5 Gb，共注释了32,353个蛋白编码基因，这也是目前裸子植物中最高质量的大基因组图谱。”

“仙湖植物园自1989年开始收集和繁殖苏铁类植物，目前引种保育了来自全世界240余种苏铁植物。收集材料的核心在于保护和利用，寻找其有用的价值。为将来的各种科学研究打好基础。”该论文共同通讯作者、深圳仙湖植物园张寿洲表示。

市城管和综合执法局副局长冯增军表示，研究成果数据公开分享，全球的科学家均可免费下载。据悉，2017年，深圳市仙湖植物园、深圳华大生命科学研究院、中科院昆明植物所联合发起苏铁基因组项目，旨在推进生物多样性、进化、生态保护及各种重要基础科研和农业应用转化问题的研究。该项目得到深圳市城市管理和执法局科研专项、国家重点研发计划、生态环境部生物多样性调查与评估等基金支持。

发现苏铁性别决定区，达到保育扩繁的效果

苏铁经历过两次大灭绝、数轮冰川期等诸多考验，在这个星球上存活了亿万年，如今却已处于濒危边缘。目前，绝大多数苏铁被世界自然保护联盟红色名录列为极度濒危物种，也是我国国家一级重点保护植物。

▲图片说明：苏铁和种子植物的系统基因组分析

“只有鉴定并辨别苏铁的雌雄植株，才能在迁地保护与就地保护、科研栽培和野外回归中有效的种植苏铁，通过调控雌雄比例和分布，达到保育扩繁的效果。”据项目组成员介绍， 苏铁均为雌雄异株，对其性别的分辨，只能通过开花后的形状来进行判断。但苏铁生长缓慢，成株树龄多在10年以上且适宜环境条件下才会开花。

本次研究发现了苏铁的性别决定区和潜在的性别决定基因。研究团队通过对62株雌雄苏铁群体（源于四川攀枝花苏铁国家级保护区）进行测序分析，在雄株的Y染色体中找到了雌雄表达差异最大的一个基因，该基因编码一个MADS-box转录因子，推测其调控雌雄苏铁的性器官发育。该转录因子的同源基因也仅能在雄株基因组中检测到，说明了该性别决定机制在苏铁类植物中具有普遍适应性。

苏铁抗虫基因成功应用于抗虫棉

此外，研究项目团队还在攀枝花苏铁基因组中发现一种细胞毒素蛋白基因（fitD），该基因起源于细菌，通过水平基因转移的方式转移到真菌和苏铁中。目前，该毒素蛋白只在苏铁中存在，尚未在其它植物中发现。

“苏铁中的细胞毒素蛋白能够杀死一些常见昆虫，如棉铃虫、小菜蛾等，目前已通过基因重组技术将其成功应用于棉花，事实证明其杀虫效率比现有抗虫棉更高，可在棉花种植中进行推广。此外，该毒性蛋白的植物性来源，也使其对玉米等农作物具有更安全、更高的保护性。”张寿洲说。

除了在上述农业方面具有可观的应用前景之外，苏铁还有着很多待研究发掘的实用价值，譬如药用价值上，苏铁全身均可入药，叶片提取物有抗癌活性，在治疗癌症、艾滋病、肝脏疾病等多种疾病的药物中均有应用。此次研究在苏铁种子储存蛋白中发现的营养功能、抗菌功能等，也无一不预示着苏铁将为生态保护、人类生活与健康带来更多可能性。

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《苏铁基因组和种子植物早期演化》一文由深圳市仙湖植物园、深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明植物研究所、兰州大学、中国环境科学研究院、河南大学和南京林业大学等22个机构65位科学家联合完成。该论文第一作者为深圳华大生命科学研究院、深圳仙湖植物园刘阳，深圳华大生命科学研究院王思博，李林洲、杨婷、魏桐，深圳仙湖植物园董珊珊，兰州大学武生聃、中国环境科学院刘勇波为共同第一作者。深圳仙湖植物园张寿洲，深圳华大生命科学研究院刘欢，中科院昆明植物所龚洵，美国佛罗里达大学Douglas E. Soltis，比利时根特大学Yves Van de Peer为文章共同通讯作者。

（原标题《全球首次发布！苏铁完整基因组图谱填补种子植物基因组最后一块拼图》）