二十年磨一剑！何弈騉教授团队发表CELL封面论文，揭示藻苔在青藏高原的生存法则
8月17日，国际著名学术期刊《Cell》以《正在面临西藏气候变化的神秘藻苔的适应性进化》
（Adaptive evolution of the enigmatic Takakia now facing climte change in Tibet）为题发表封面论文，揭示了有植物活化石之称的藻苔在青藏高原的生存法则。这是首都师范大学何奕騉教授带领的研究团队，在海拔4000米青藏高原雅鲁藏布大峡谷连续观察近20年后，结合实验室深入分析的研究成果。论文的第一单位为首都师范大学，第一作者是何奕騉教授的博士胡若洋和首都师范大学教授李学东，何奕騉和德国弗莱堡大学拉尔夫·雷斯基（Ralf Reski）为通讯作者。
藻苔属有两个种，分别为藻苔（Takakia lepidozioides）和角叶藻苔（Takakia ceratophylla），已在地球存活了3.9亿年之久，是迄今发现的最古老的现存藓类植物。青藏高原因同时存在这两个物种，而被相关学术界公认为是藻苔的现代分布中心。1860年英国植物学家米特（Mitten）在喜马拉雅山脉首次发现藻苔，认为其是一种绿藻类植物，后又被认为是苔类植物，直到1993年发现角叶藻苔的孢子体而确定其为被学术界接受的藓类植物。藻苔在植物界的系统进化位置类似哺乳动物的鸭嘴兽。
早在喜马拉雅山脉隆起形成青藏高原的时候，藻苔就已经在地球存活了3.25亿年，而随着喜马拉雅山脉的隆起，其生长环境发生了巨变，但研究团队发现，现存藻苔的形态特征可能发生在喜马拉雅抬升之前。它是如何存活下来的？藻苔现在又生长环境极为恶劣，一年中有8个月被并冰雪覆盖，而另外4个月的光照期又会经历高强度的紫外线照射。它将如何存活下去？
图1，藻苔分布区域气候和种群动态。A藻苔种群分布点，西藏波密县的嘎瓦隆东冰川附近区域（北纬Lat 29°45′ N, 东经Long 95°42′ E, 海拔3800-4400米)，B-C藻苔植株长出成熟孢蒴，D实验场地气温变化，E实验场地温度和雪覆盖苔藓植被情况，F藻苔种群覆盖度变化。
研究团队以藻苔为研究材料，相对全面深入地分析了从藻苔基因组到种群动态特征，提供了一个新的研究范式（paradigm）。团队发现强紫外线照射后藻苔植株和细胞结构的完整性几乎没有受到任何可以观察到的影响。团队完成了藻苔de novo全基因组序列测定，通过基因组研究发现，藻苔在基因水平上非常活跃，拥有最高数量的正选择快速进化基因，因而能够迅速适应快速变化的生存环境。研究发现，这种藻苔的广泛基因组数代选择进化，在修复断裂DNA和紫外线损伤方面表现出色。
图2，藻苔环境适应性的形态、遗传特征。红色和紫色表示丢失或功能歧化基因，绿色表示扩张的基因。
为了探索在全球气候变化的大背景下，藻苔在青藏高原的生存现状、遗传适应性演化历程等科学问题，何奕騉团队从2005年起建立了68个实验样方，安装了野外气象工作站、自动摄像记录仪。记录结果显示，68个样方中的苔藓植物被雪覆盖约8个月；而有记录以来最急剧的温度上升（2010-2021年）引发了藻苔种群覆盖率减少，同期实验样地附近嘎瓦隆东冰川的冰舌每年消融（退缩）49 ± 3米。
尽管藻苔成功适应环境变化、已在地球上生存了3.9亿年之久，但它仍然面临着灭绝的危险。事实上在团队研究的过程中发现，藻苔正以每年1.6%的速度在迅速减少，全球适宜藻苔生长的地区仅有1000-1500平方公里，如果不加以干预，科学家预测藻苔将在100年后消失。为了扩大藻苔种群在青藏高原的繁衍，团队在实验室采用组织培养技术快速繁殖藻苔，并移栽到青藏高原实验基地，经过5年多的观察，看到人工新种群正常生长的可喜的初步结果。
何奕騉教授团队对藻苔的研究始于2003年，他与中科院植物研究所的贾渝研究员（著名的中国藓类植物专家）经过多次深入交流启动了藻苔研究项目。2005年夏季由贾渝研究组的汪湄芝高级实验师带领，首都师大教师李学东、张润杰（何奕騉的博士研究生）参加，经过艰辛的野外考察最终在青藏高原海拔4000多米的雅鲁藏布大峡谷区域(29°45′ N, 95°42′ E)发现了藻苔种群，相对集中分布在“树线”（树木类植被分布的上限）附近。高原地区“树线”的上下移动，直观地反应了气候变化对植物产生的深刻而长远的影响。工作小组自68个实验样方建立起，每年7至10月期间去实验基地1-2次观察并收集实验样方中藻苔植株等的个体生长发育、种群覆盖面积等相关数据，获得少量允许采集的活体材料，维护仪器设备。经过近20年的连续观察和深入分析，该研究团队分工合作，从藻苔个体生长发育、种群动态特征的野外观察，结合细胞、生理生化、基因功能、基因组、功能基因组、代谢组以及遗传演化、古生物学和古气候学分析，揭示了藻苔这一珍稀濒危物种（国家二级保护植物）的遗传适应性特征和当下可能受到气温上升带来的生存压力的严峻影响。
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作者：郭圆圆
编辑：王丹
责任编辑：赵璟卓
审核：郭圆圆、窦玥