博士畢業于南京大學（密歇根大學聯合培養），南京農大副教授連發3篇高水平論文

近日，南京農業大學薛佳宇/Yves Van de Peer團隊圍繞“陸地植物起源與演化（Origin and Diversification of Land Plants）”這一生命演化重大科學問題，系統開展了多層次、多尺度的研究工作，先后在《Plant Communications》、《Nature Genetics》和《Cell Genomics》發表系列研究論文，從時間起源、基因組創新到蛋白結構域演化三個層面，構建了陸地植物起源與多樣化的完整演化圖景。

從時間維度厘清植物登陸的起源節點

在2025年9月初發表于《Plant Communications》的研究論文“Comprehensive sampling from mitochondrial genomes substantiates the Neoproterozoic origin of land plants”中，研究團隊基于覆蓋綠色植物主干譜系的大規模線粒體基因組數據集，重建了陸地植物的系統發育關系并對其起源時間進行了系統評估。

研究結果表明，陸地植物的冠群起源可追溯至新元古代（Neoproterozoic），顯著早于傳統基于有限數據推測的時間節點。該研究通過多種分區模型和化石校準策略，顯著提高了深時系統發育和分歧時間估計的穩定性，為理解植物登陸與地質環境變化之間的協同演化提供了關鍵時間框架。

課題組博士生戶帥雅為第一作者，薛佳宇、Zhen Li和Yves Van de Peer為共同通訊作者。

圖1 基于線粒體基因組的植物系統關系及分子鐘

從基因組尺度揭示早期陸地植物的創新潛力

隨后參與深圳仙湖植物園主導的研究工作“Bryophytes hold a larger gene family space than vascular plants”（發表于《Nature Genetics》，薛佳宇為共同一作，Yves Van de Peer為共同通訊作者），通過構建苔蘚植物超級泛基因組，系統比較了苔蘚植物與維管植物在基因家族空間上的差異。

研究發現，盡管苔蘚植物在形態結構上相對簡單，但其基因家族多樣性顯著高于維管植物。大量譜系特異和物種特異的基因家族廣泛存在于苔蘚植物中，這些基因家族與環境脅迫響應、代謝多樣性和免疫防御等功能密切相關。該研究顛覆了“形態復雜性與基因復雜性直接正相關”的傳統認知，揭示了早期陸地植物在基因組層面具備高度創新潛力。

圖2 123個苔蘚新基因組為研究植物登陸提供了寶貴資源

從蛋白結構域層面解析陸地植物多樣化機制

在12月底最新發表于《Cell Genomics》的研究“Evolution of protein domains and protein domain combinations provides insights into the origin and diversification of land plants”中，課題組進一步將研究尺度下探至蛋白質結構域這一功能模塊層級，系統分析了446個植物基因組中結構域的組成、演化動態及其與植物多樣化的關系。

研究結果表明，植物結構域的演化并非簡單的線性積累過程，而是呈現出“早期關鍵獲得+長期核心結構域丟失+非核心結構域持續獲得與結構域重組”的動態模式。研究發現，植物登陸前后發生了三次爆發性的大量獲得新結構域，其中部分新獲得結構域與陸生相關器官和結構的形態發生密切相關。此外，結構域組合的持續擴展和活躍重組顯著提升了蛋白質功能多樣性，是推動陸地植物譜系分化和生態適應的重要分子機制。

薛佳宇為第一兼通訊作者，課題組博士生楊程傲為共同第一作者，Zhen Li和Yves Van de Peer為共同通訊作者。

圖3 植物蛋白結構域的演化過程

上述三項研究從起源時間—基因組創新—蛋白功能模塊演化三個層面，形成了一個邏輯遞進、相互支撐的研究體系，系統回答了植物何時登陸、以何種基因組基礎完成登陸、以及如何在登陸后實現持續多樣化等關鍵科學問題。該系列成果不僅深化了對陸地植物起源與演化機制的理解，也為探討生物如何應對重大環境轉變、以及植物抗逆性和功能創新的分子基礎提供了重要理論依據。