Även om det finns runt om i världen, det är lätt att förbise den vanliga levermossen - växten får plats i handflatan och verkar bestå av platt, överlappande löv. Trots deras anspråkslösa utseende, dessa växter utan rötter eller kärlvävnader för näringstransport är levande länkar till övergången från algerna som hittat sin väg ut ur havet till den etablerade mängden landväxter.

Som rapporterades i den 5 oktober, 2017 års nummer av Cell , ett internationellt team inklusive forskare vid U.S. Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), en användaranläggning för DOE Office of Science, analyserade genomsekvensen av den vanliga levermossen ( Marchantia polymorpha ) för att identifiera gener och genfamiljer som ansågs avgörande för växtutvecklingen och som har bevarats under miljontals år och över växtlinjer. Arbetet leddes av forskare vid Monash University i Australien, och vid Kyoto University och Kindai University i Japan.

"Tidiga växter som levermossen är det som skapade världen för landväxter. Utan dem, vi skulle inte ha växter mer än två fot från havet och sötvatten, " sade DOE JGI Plant Program chef Jeremy Schmutz. "När vi går tillbaka till levermos, vi hittar gener som delas med gräs som är kandidatgener för grödor för generering av biobränsle. Landväxter började med samma delar som finns i Marchantia idag så förändringarna beror alla på faktorer som evolution, polyploidi, genutbyte och urvalsrundor. Vi vill veta vad gener gör och vi gör detta genom att översätta funktion över genom med hjälp av konserverade sekvenser. Mindre genom med mindre komplexitet - som de i en basal eller tidig växtmodell som levermos - ger oss förmågan att identifiera förfäders gener för en gen eller genfamilj. Vi identifierar genfunktion i en växt och bestämmer hur denna gen fungerar, och sedan identifierar vi andra gener genom att förstå den evolutionära historien om gen eller genfamilj genom växternas historia."

Genomsekvenseringen och annoteringen gjordes genom DOE JGI:s Community Science Program, och möjliggör genomiska jämförelser med andra tidiga växtlinjer sekvenserade och analyserade av DOE JGI:spikmossa Selaginella moellendorffi och mossan Physcomitrella patens. En av de viktigaste biokemiska vägarna rör produktionen av hormonet auxin, vilket är avgörande för att reglera växternas tillväxt och utveckling. Teamet identifierade en minimal men komplett väg för auxinbiosyntes i levern. Ett annat fynd tyder på att generna som kodar för enzymer som producerar "solskyddsmedel" som gjorde att tidiga växter kunde tolerera ultraviolett ljus kan ha överförts från forntida jordmikrober.

Ett av teamets viktigaste fynd gäller växtcellväggsutveckling. Mångfalden av gener som kodar för enzymer för växtcellväggsutveckling som finns i Marchantia understryker vikten av växtcellväggar för övergången till landväxter. Teamet identifierade tidiga gener för biosyntes av lignin som liknar de i Physcomitrella. Även om de identifierade gener involverade i plasmodesmata-bildning (plasmodesmata är membrankanaler involverade i näringsämnes- och signalmolekylöverföringar) en väg som är involverad i celldelning, de fann också att levermos behåller resterna av celldelningsvägar som föregick landväxtspecifika vägar.

Ett annat viktigt fynd är vattenretention och distribution. Tidiga växter var tvungna att utveckla strategier för att hantera torka och uttorkning, och många av samma strategier används fortfarande av moderna anläggningar. Abscisinsyra är ett växtstresshormon som reglerar när en växt går i dvala när det är ont om vatten. Teamet hittade homologa gener för abscisinsyrabiosyntes, och kunde också identifiera när specifika receptorer blev kritiska för landväxtfamiljer.

Schmutz påpekade att genom Community Science Program, DOE JGI:s utforskning av växternas evolutionära historia expanderar, som leder till utvecklingen av ett ramverk för jämförande genomik, inklusive de från tidiga växtlinjer som levermossen, som gynnar växtforskningssamhället i stort. "Ju mer vi samlar denna information i tidiga växtlinjer, desto lättare är det att överföra växtfunktioner över växtfylogeni och jämföra växtfamiljer för att se strålningen från dessa gener. Vi kommer att fokusera ganska mycket mer på växternas basala linjer för att komma till den evolutionära historien och positionen för gener. Om vi ​​kan förstå ursprunget till dessa gener kan vi förstå historisk funktion. Att ha flera arter gör att vi kan göra mer och visa mer än vad vi kan med bara ett genom."

Genom att lära sig geners ursprungliga funktioner, belyst från tidigare genom, enklare, växter och celler, forskare kan lättare lösa funktionerna hos relaterade gener som ses i mer komplexa växter som kan hjälpa till att hantera DOE-uppdrag i bioenergi- och miljöprocesser.