Паразитические растения составляют около 1% цветковых видов в растительном царстве, и их причуды и хитрости продолжают преподносить сюрпризы. Некоторые растения-паразиты, возможно, настолько зависят от растений-хозяев, что теряют значительное количество геномов, связанных с основными биологическими процессами, такими как фотосинтез. Об этом говорится в исследовании, опубликованном 21 сентября в журнале Nature Plants.
Растения семейства Balanophoraceae, произрастающие в тропических и умеренных регионах Азии и тропической Африки, обычно напоминают грибы, растущие вокруг корней деревьев в лесу, но на самом деле в них гораздо больше, чем кажется на первый взгляд. Структуры, напоминающие грибы, на самом деле являются соцветиями, или скоплением цветков, причудливо расположенных на стебле.
Однако в отличие от других растений-паразитов, которые втягивают в ткани хозяина тонкий выступ, называемый хаусториумом, чтобы похитить питательные вещества, растения рода Balanophora фактически заставляют сосудистую систему растения-хозяина разрастаться в клубень для хранения питательных веществ. В результате образуется уникальный подземный орган из тканей растения-хозяина, который Balanophora затем использует для питания.
Чтобы узнать больше о том, как эти субтропические экстремальные растения-паразиты эволюционировали до такой уникальной формы, сотрудники Пекинского института геномики (BGI) и Университета Британской Колумбии сравнили геномы Balanophora с другим паразитическим родом растений под названием Sapria, имеющим совершенно иное вегетативное тело. Саприа - это представители семейства Rafflesiaceae, в том числе и очень пахучие цветы-трупы, которые обычно встречаются в тропических лесах Азии.
Исследование показало, что Sapria потеряла 38% своих геномов, а Balanophora - 28% геномов за время эволюции их паразитического поведения, что, по мнению авторов, является рекордным генетическим сокращением для цветковых растений.
Баланофора - паразитическое растение, встречающееся в тропических и умеренных регионах Азии и тропической Африки и в целом напоминающее грибы, растущие вокруг корней деревьев в лесу. CREDIT: Xiaoli Chen/BGI Research/Nature Plants."Масштабы сходных, но независимых потерь генов, наблюдаемых у Balanophora и Sapria, поразительны", - говорится в заявлении соавтора исследования, генетика растений BGI Research Сяоли Чен. "Это указывает на очень сильную конвергенцию в генетической эволюции голопаразитических видов, несмотря на их внешне различные жизненные истории и внешний вид, а также на то, что они произошли от разных групп фотосинтезирующих растений".
Они обнаружили, что и Balanophora, и Sapria потеряли почти все гены, связанные с фотосинтезом и другими ключевыми биологическими процессами, включая поглощение азота, развитие корней и регуляцию развития цветка.
"Большинство утраченных генов у Balanophora, вероятно, связаны с функциями, важными для зеленых растений, которые стали функционально ненужными для паразитов", - заявил соавтор исследования, ботаник Университета Британской Колумбии Шон Грэм.
Поскольку эти растения-паразиты не обязательно должны полагаться на солнечный свет и воду для получения пищи путем фотосинтеза, а используют ресурсы растений-хозяев, они, по-видимому, теряют эти гены.
Примечательно, что у Balanophora и Sapria также были утрачены гены, связанные с синтезом основного гормона, отвечающего за реакцию растений на стресс и сигнализацию, - абсцизовой кислоты (ABA). Но даже несмотря на эту потерю, команда зафиксировала накопление гормона ABA в цветущих стеблях Balanophora и увидела, что гены, участвующие в реакции на сигналы ABA, сохранились у паразитов. По мнению специалистов, такая потеря генов может быть полезна для растения.
"Хорошим примером может служить потеря всего пути биосинтеза ABA. Это может помочь им поддерживать физиологическую синхронизацию с растениями-хозяевами", - говорит Грэм. "Это необходимо проверить в будущем".
По словам команды, данное исследование углубляет представление об основных геномных изменениях, происходящих в паразитических растениях, и имеет важное значение в контексте проекта по секвенированию геномов 10 000 видов растений, получившего название 10KP.