
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: University of British Columbia
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