对大型藻类遗传学的深入研究揭示了大型藻类或“海藻”进化出多细胞性的遗传基础。研究人员在《分子植物》杂志上报告说，三种大型藻类谱系通过获取能够实现细胞粘附、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性。

令人惊讶的是，许多这些多细胞使能基因都具有病毒起源。该研究将已测序的大型藻类基因组总数从14个增加到124个，是首次通过基因组学视角研究大型藻类的进化。

“这是一个巨大的基因组资源，将为更多研究打开大门，”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亚历山德拉·米斯蒂库(AlexandraMystikou)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，但到目前为止，关于它们基因组的信息还很少。”

大型藻类生活在淡水和海水中，是复杂的多细胞生物，具有独特的器官和组织，而微藻是微观的、单细胞的。大型藻类主要分为三大类——红色(红藻门)、绿色(绿藻门)和棕色(黄藻门)——它们在不同的时间和不同的环境条件下独立进化出多细胞生物。红植物和叶绿植物在十亿多年前都进化出了多细胞生物，而赭藻植物在过去20万年才变成多细胞生物。

为了研究巨藻多细胞性的进化，研究人员对来自不同地理和气候的淡水和咸水栖息地的105个不同物种的110个新巨藻基因组进行了测序。

研究人员发现了几种区分大型藻类和微藻类的代谢途径，其中一些可能是入侵大型藻类物种成功的原因。许多这些代谢基因似乎是由感染藻类的病毒提供的，并且病毒起源的基因在最近进化的褐藻中尤其普遍。

他们发现，大型藻类在走向多细胞性的过程中获得了许多微藻中不存在的新基因。对于所有三个谱系，关键获取的基因包括细胞粘附(使细胞能够粘在一起)、细胞分化(使不同的细胞发展出专门的功能)、细胞通讯和细胞间运输相关的基因。

“许多与多细胞功能相关的褐藻基因具有只有在感染它们的病毒中才会存在的特征基序，”共同第一作者、纽约大学阿布扎比分校的生物信息学家大卫·尼尔森说。“这是一种疯狂的理论，过去才被暗示过，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出多细胞性的关键因素。”

研究小组还确定了大型藻类谱系之间的其他独特特征。他们观察到不同红藻类物种之间存在更多的多样性，这些红藻类首先进化出多细胞性，因此有更长的时间来分化。他们还发现叶绿植物与陆地植物有许多共同的基因组特征，这表明这些基因可能已经存在于叶绿植物和植物的最后共同祖先中。

纽约大学阿布扎比分校的资深作者、系统生物学家KouroshSalehi-Ashtiani表示：“我们还没有彻底探索这些基因组中的所有内容。”“本文中有大量我们没有触及的信息，任何感兴趣的人都可以挖掘。”

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

Salehi-Ashtiani说：“我们希望更详细地探索其中一些特征，如果我们能够掌握它们，这意味着更多的基因组。”