This parasitic plant convinces hosts to grow into its own flesh—it's also an extreme example of genome shrinkage

Balanophora shed one third of its genes as it evolved into an uber-streamlined parasitic plant, according to new research by a team led by scientists at BGI Research, and including botanists from the University of British Columbia. Credit: Ze Wei, Plant Photo Bank of China, Nature Plants / Согласно новому исследованию команды, возглавляемой учеными из BGI Research и включающей ботаников из Университета Британской Колумбии, баланофора потеряла треть своих генов, когда эволюционировала в сверхпрочное растение-паразита. Фото: ZeWei, Фотобанк растений Китая, Nature Plants

Если вы случайно наткнетесь на растения семейства Balanophoraceae в уголке леса, вы легко можете принять их за грибы, растущие вокруг корней деревьев. Их грибовидные структуры на самом деле являются соцветиями, состоящими из мельчайших цветков.

Но в отличие от некоторых других растений-паразитов, которые внедряют гаусторий в ткани хозяина, чтобы украсть питательные вещества, баланофора заставляет сосудистую систему растения-хозяина разрастаться в клубень, образуя уникальный подземный орган со смешанной тканью хозяина и паразита. Этот химерный клубень является связующим звеном, через которое баланофора крадет питательные вещества у своего растения-хозяина.

Но то, как эти субтропические экстремальные растения-паразиты эволюционировали в свою нынешнюю форму, вызвало интерес доктора Сяоли Чен, ученого из BGI Research и ведущего автора нового исследования, опубликованного в журнале Nature Plants.

Доктор Чен и его коллеги, в том числе ботаник из Университета Британской Колумбии доктор Шон Грэм, сравнили геномы Balanophora и Sapria, другого экстремального растения—паразита из семейства Rafflesiaceae, у которого совершенно другое вегетативное тело. Исследование показало, что саприя и баланофора потеряли 38% и 28% своих геномов соответственно, эволюционируя и становясь голопаразитами — рекордное сокращение численности цветковых растений.

«Масштабы сходных, но независимых потерь генов, наблюдаемых у Balanophora и Sapria, поразительны», — сказал доктор Чен. «Это указывает на очень сильную конвергенцию в генетической эволюции голопаразитарных линий, несмотря на их внешне различные жизненные истории и внешний вид, и несмотря на то, что они произошли от разных групп фотосинтезирующих растений».

Исследователи обнаружили почти полную потерю генов, связанных с фотосинтезом, как у Balanophora, так и у Sapria, как и следовало ожидать при потере способности к фотосинтезу. Но исследование также выявило потерю генов, участвующих в других ключевых биологических процессах — развитии корней, поглощении азота и регуляции развития цветения. Паразиты утратили или уплотнили значительную часть семейств генов, обычно встречающихся в зеленых растениях, — большие наборы дублированных генов растений, которые, как правило, выполняют связанные биологические функции. Это подтверждает идею о том, что паразиты сохраняют только те гены или копии генов, которые необходимы. Самое удивительное, что гены, связанные с синтезом основного растительного гормона, абсцизовой кислоты (ABA), которая отвечает за реакцию растений на стресс и передачу сигналов, были параллельно утрачены у Balanophora и Sapria. Несмотря на это, исследователи все же зафиксировали накопление гормона ABA в цветущих стеблях Balanophora и обнаружили, что гены, участвующие в реакции на передачу сигналов ABA, все еще сохраняются у паразитов.

«Большинство утраченных генов у Balanophora, вероятно, связаны с функциями, необходимыми зеленым растениям, которые стали функционально ненужными у паразитов», — сказал доктор Грэм. «Тем не менее, вероятно, есть случаи, когда потеря гена была на самом деле полезной, а не отражала просто потерю функции. Хорошим примером может служить потеря ими всего пути биосинтеза ABA. Это может помочь им поддерживать физиологическую синхронизацию с растениями-хозяевами. Это необходимо протестировать в будущем».

Доктор Хуан Лю, научный сотрудник BGI Research, подчеркнул важность исследования в контексте 10KP — проекта по секвенированию геномов 10 000 видов растений.

«Изучение растений-паразитов углубляет наше понимание драматических изменений генома и сложных взаимодействий между растениями-паразитами и их хозяевами. Геномные данные дают ценную информацию об эволюции и генетических механизмах, лежащих в основе зависимости растений-паразитов от своих хозяев, и о том, как они манипулируют растениями-хозяевами, чтобы выжить».

на фото: Balanophora shed one third of its genes as it evolved into an uber-streamlined parasitic plant, according to new research by a team led by scientists at BGI Research, and including botanists from the University of British Columbia. Credit: Xiaoli Chen, BGI Research, Nature Plants / Согласно новому исследованию команды, возглавляемой учеными из BGI Research и включающей ботаников из Университета Британской Колумбии, баланофора потеряла треть своих генов, когда эволюционировала в сверхпрочное растение-паразита. Автор: Сяоли Чен, BGI Research, Nature Plants

от:

Источник: https://phys.org/news/2023-09-parasitic-convinces-hosts-fleshit-extreme.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=weekly-nwletter

More information: Balanophora genomes display massively convergent evolution with other extreme holoparasites and provide novel insights into parasite–host interactions, Nature Plants (2023). DOI: 10.1038/s41477-023-01517-7

Journal information: Nature Plants

Provided by University of British Columbia