如果您曾经在日本冲绳岛的热带岛屿上用餐，那么您的盘子可能会被一堆非凡的海藻所吸引，每条海藻都装饰着微小的绿色气泡。这种咸味小吃被称为umi-budo或海鲜，与米饭，生鱼片和一大杯啤酒搭配得很好。但是umi-budo不仅仅是一道标志性的配菜;它是冲绳农民的主要作物。冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员最近对海葡萄基因组进行了解码，以了解该植物独特的形态，并协助农民适当培养多汁的海藻。

“许多农民面临着海葡萄生长不良的问题。今天，他们不知道为什么会出现这样的问题，”该研究的第一作者，由OIST海洋基因组学部门的博士后学者Asuka Arimoto博士说。佐藤纪之。“我们的基因组数据可以向他们展示哪些基因造成了这样的麻烦。”Arimoto说，有了控制海葡萄生长的所有基因的目录，研究人员可以帮助农民在出苗时诊断缺陷的植物。该研究还可以帮助遏制密切相关的绿色海藻的传播，这种海藻通过推出地中海和泛太平洋的当地植物品种来破坏环境。

该研究发表于DNA Research，使用来自Onna Village Fishery Cooperative的样品海葡萄，其温室位于OIST校园的拐角处。科学家破译了完整的海葡萄基因组，并将其与15种已发表的植物基因组进行了比较，这些植物基因组是从单细胞藻类(一种苔藓，水稻和拟南芥)中收集的。该研究揭示了允许海洋葡萄(一种单细胞生物)摆脱其复杂形状的关键基因，并展示了利用藻类探索绿色植物进化过程的实用性。

“最近，其他国家已经开始种植这种和相关的绿色海藻种类，”Arimoto说。“我认为这种基因组信息可以帮助他们未来的发展，以及冲绳县。”

基因集合创造“Puchi Puchi”

微小的绿球从umi-budo植物的中央茎上分枝，当被咀嚼时，这些小小的球体突然出现了咸味。在日语中，这种耸人听闻的纹理被称为“噗噗噗”，这是一种模仿微不足道的声音的拟声词。海洋基因组学部门对于由一个细胞组成的植物如何能够生长成如此奇异的形状感到好奇，从而赋予海葡萄独特的纹理。

“当我们开始这个项目时，没有[已解码的]绿色海藻基因组，”Arimoto说。“完全不知道绿色海藻中有多少基因存在，以及哪些植物激素可以促进发育。”研究人员成功地从umi-budo植物中解读了一个高质量的基因组，并将其与已知的植物基因组进行了比较，以确定某些基因是否在它们之间以不同的量出现。

结果表明，海葡萄含有一组扩展的基因，这些基因被认为是绿色植物共同祖先中发现的核心基因的后代。在这些基因中有那些代码用于核转运调节因子的蛋白质 - 这些蛋白质有助于控制信息在细胞核和细胞质之间的运动方式，细胞质是细胞器漂浮的液体。在多细胞生物体中，运输调节器将整个细胞调整为仅接收某些信号，如收音机上的拨号。在umi-budo，一种单细胞生物体中，蛋白质对细胞中的单个细胞核做同样的事情。

该机制允许单个细胞呈现复杂的形状，尽管缺少细胞膜以将一个区域与下一个区域分开。如果没有核运输监管机构，海葡萄就无法在其标志性集群中生长。

与其他绿藻相比，海葡萄还有额外的基因来编码同源框蛋白，这有助于调节植物的物理发育。同源框蛋白翻转关键基因的开关，使它们“开启”或“关闭”，Arimoto说，它触发细胞过程并塑造生物体的解剖结构。

在冲绳及其他地区帮助海葡萄农民

在未来，海洋基因组学部门希望分析整个海葡萄生命周期中的基因表达。例如，有证据表明特定同源框基因在陆地植物的花粉和卵中高度表达。它们在umi-budo的早期阶段可能具有相似的重要性。由于海葡萄种植在冲绳和太平洋之外扎根，这种基因组数据可以帮助农民建立更有效的种植策略。