Ученые обнаружили, что паразитическое растение Balanophora обрезало почти треть своего генома, оптимизировав свою жизненную стратегию для процветания в условиях паразитического образа жизни. Этот уникальный род, известный как Balanophoraceae, может показаться странным, мясистым, розовым грибом, торчащим из подстилки, но на самом деле это цветочная головка с корнями, тесно переплетенными с деревом, на котором он паразитирует.
В отличие от других растительных паразитов, которые проникают в своего хозяина с помощью выростов, называемых гаусториями, чтобы похитить питательные вещества, Balanophora разработала другой подход. Группа ученых под руководством генетика Сяоли Чена (Xiaoli Chen) из китайского исследовательского института BGI Research обнаружила, что Balanophora соединяет свою плоть с сосудистой системой хозяина под землей в клубнеподобном органе. Этот орган представляет собой химерную структуру, в которой смешивается генетический материал хозяина и паразита.
Еще более интригующим является тот факт, что редукция генома Balanophora очень напоминает геном другого рода паразитических растений - Sapria. Несмотря на внешние различия и разное эволюционное происхождение, эти два растения независимо друг от друга претерпели сходные потери генов. Это явление, известное как конвергентная эволюция, подчеркивает сильную конвергенцию в генетической эволюции голопаразитических линий.
Паразиты и сокращение генома
Паразиты выработали замечательные стратегии выживания, используя другие виды в своих интересах. В случае растительных паразитов они стали сильно зависеть от своих хозяев, что привело к редукции генома. Balanophora и Sapria являются облигатными или голопаразитами, то есть их выживание полностью зависит от хозяина. В результате они утратили способность к фотосинтезу, с помощью которого зеленые растения получают питательные вещества.
Чтобы понять, как эти растения достигли своего нынешнего вида, Сяоли Чен и ее коллеги изучили их геномы. Полученные результаты поражают воображение. Sapria, экстремальный голопаразит, с течением времени утратил ошеломляющие 38% своего генома. Не отстает и Balanophora, потерявшая 28% своего генома.
Наиболее интригующим аспектом является то, что оба паразита потеряли сходный набор генов. Поскольку они получают питательные вещества от своих хозяев, необходимость в генах, участвующих в фотосинтезе, отпала. Однако они сохранили гены, связанные с метаболизмом, чтобы эффективно перерабатывать похищенные питательные вещества.
Последствия и мнения экспертов
Это открытие проливает свет на удивительную приспособляемость и оптимизацию растений-паразитов. Доктор Сяоли Чен поясняет: "Масштабы сходных, но независимых потерь генов, наблюдаемых у Balanophora и Sapria, поразительны. Это указывает на очень сильную конвергенцию в генетической эволюции голопаразитических линий, несмотря на их внешне различные жизненные истории и внешний вид, а также на то, что они произошли от разных групп фотосинтезирующих растений".
Доктор Питер Равен, известный ботаник и почетный президент Ботанического сада Миссури, подчеркивает важность этого исследования. Он говорит: "Понимание генетических адаптаций паразитических растений, таких как Balanophora, имеет решающее значение для разгадки сложного взаимодействия между организмами в экосистемах. Это исследование дает ценные сведения о конвергентной эволюции голопаразитов и подчеркивает невероятное разнообразие жизни на нашей планете".
Будущее исследований паразитических растений
Это новаторское исследование открывает новые пути для дальнейших исследований паразитических растений. Теперь ученые смогут глубже изучить генетические механизмы, позволяющие этим растениям вести паразитический образ жизни. Понимание этих адаптаций может иметь значение для сельского хозяйства, поскольку некоторые паразитические растения представляют значительную угрозу для сельскохозяйственных культур.
По мере того как ученые продолжают исследовать тайны паразитических растений, мы все больше понимаем, как сложно устроена жизнь на Земле. Уникальные стратегии и генетические оптимизации, продемонстрированные Balanophora и Sapria, напоминают нам о бесконечных чудесах, которые может предложить нам природа.
