我们在不同植物类群中选择了共64个具有代表性的物种,展示了11种植物激素各通路成分的分布情况(详见表S20),并根据基因的存在和缺失情况确定了激素通路的起源节点。首先,我们统计了11种激素通路成分在469个物种(408种高等植物和61种低等植物)中的分布情况(详见表S19)。然后,在避免物种损失的前提下,我们选择了从低等藻类到高等双子叶植物的不同类群中的64个代表性物种(11个高等植物和53个低等植物),统计了这些物种中每个通路成分的存在情况。如果物种中存在该通路成分,我们将其定义为“1”,如果不存在,我们将其定义为“0”(详见表S20)。最后,我们根据这一统计结果推断出不同通路的起源节点。在此,我们选择生长素、细胞分裂素、多肽激素和褪黑素作为例子。
生长素
生长素合成成分YUCCA的同源蛋白分布在所有植物类群中,并且色氨酸合成蛋白只存在于陆地植物。这一结果表明,生长素的合成通路起源于陆地植物的共同祖先。生长素受体TIR1/AFB在所有植物类群中均有发现,ABP1在三种绿藻(Chlorella variabilis、Micractinium conductrix和Chlamydomonas reinhardtii),五种轮藻类植物(Klebsormidium nitens、C. braunii、Mesotaenium endlicherianum、Penium margaritaceum和Spirogloea muscicola)和几乎所有陆地植物中被发现。这一结果表明完整的生长素感知通路起源于绿藻。信号转导成分AUX/IAAs、SAUR和ARF存在于轮藻和陆地植物。其他关键信号转导成分ROP、Toppless和TMK存在于所有植物类群。DPB、E2FC和SKP2A分散在大部分所研究物种中,但只同时存在于63个高等植物(详见表S19)。由于SKP2A/E2FC/DPB的高争议度,我们只研究了DPB、E2FC和SKP2A在物种中的分布情况,并不作为起源研究的参考。简而言之,我们的结果表明,生长素信号转导起源于轮藻类植物。转运成分AUXIN1(AUX1)/like AUX1、PIN-formed(PIN)/PIN-likes和ABC转运家族存在于所有植物类群,表明生长素转运通路起源于灰胞藻。代谢成分GRETCHEN HAGEN 3最初是在绿藻C. variabilis中被发现,其次是轮藻K. nitens和M. endlicherianum以及所有陆地植物。这些结果表明生长素代谢通路起源于绿藻。
细胞分裂素
细胞分裂素合成成分LOG和IPT存在于所有植物类群,说明生长素合成通路在灰胞藻时已经存在。代谢成分细胞分裂素氧化酶仅存在于陆地植物,表明细胞分裂素代谢通路起源于陆地植物的最后共同祖先。细胞分裂素受体拟南芥组氨酸激酶仅在轮藻和陆地植物中被找到,这表明细胞分裂素感知通路起源于轮藻类植物。信号转导成分组氨酸磷酸转运蛋白(AHP)和细胞分裂素响应因子存在于除红藻外的其它所有植物类群。此外,type-A ARRs仅在一些红藻物种中没有出现,type-B ARRs出现在灰胞藻、所有红藻物种、一些绿藻和一些轮藻物种中。这些信号转导成分同时存在于华藻、一些绿藻和轮藻以及陆地植物中,这表明细胞分裂素信号转导通路可能起源于华藻。转运成分PUP仅在两个红藻(Cyanidiococcus yangmingshanensis和Cyanidioschyzon merolae)、三个绿藻(Asterochloris glomerata、C. variabilis和Chromochloris zofingiensis)和陆地植物中被发现。其它转运成分ENT和ABCG14存在于每种植物类群。这些结果暗示细胞分裂素转运通路起源于红藻。
多肽激素
PROPEP多肽家族存在于八个绿藻物种(A. glomerata、Coccomyxa subellipsoidea、C. variabilis、Chlamydomonas incerta、Chlamydomonas eustigma、Edaphochlamys debaryana、Gonium pectorale和C. zofingiensis)、五个轮藻物种(Chlorokybus atmophyticus、K. nitens、M. endlicherianum、P. margaritaceum和S. muscicola)和陆地植物中,这表明PROPEP起源于绿藻。此外,我们发现PSK多肽家族仅存在于裸子植物和被子植物,这表明PSK起源于裸子植物的最后共同祖先。RALF和EPF/EPFL多肽家族存在于所有陆地植物但不存在于藻类,这暗示它们都起源于陆地植物的最后共同祖先。
褪黑素
在我们的研究中,我们发现褪黑素合成成分TDC最初在绿藻中存在其同源蛋白,SNAT在灰胞藻中并且ASMT在华藻中。这三种合成成分同时存在于三个绿藻物种(C. subellipsoidea、C. zofingiensis和Monoraphidium neglectum)、一个轮藻物种(M. endlicherianum)和大多数陆地植物。我们并没有在拟南芥中找到作为blast搜索序列的T5H基因,因此我们对其没有研究。根据TDC、SNAT和ASMT的结果,我们推测褪黑素合成通路起源于绿藻。受体PMTR1的同源蛋白被发现存在于绿藻、轮藻和陆地植物中。因此褪黑素感知通路也起源于绿藻。