Генетические сокровища хищного растения раскрыты

Хищное растение пузырчатка горбатая (Utricularia gibba) — сложный хищник. Обитая на болотах и в прудах, оно использует вакуумное давление, чтобы всасывать добычу в крошечные ловушки с невероятной скоростью — менее чем за миллисекунду.

Новый геномный анализ показывает, насколько ценным оказался этот хищный образ жизни для растения в ходе его эволюции. За миллионы лет вид неоднократно сохранял и усиливал генетический материал, связанный с его хищной природой, — несмотря на огромное эволюционное давление, направленное на удаление ДНК.

К числу сохранённых генетических «сокровищ» относятся гены, которые облегчают захват добычи, переваривание белков и транспорт мелких фрагментов белка (полученных от жертв) из одной клетки в другую.

Исследование будет опубликовано 15 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences. Его со-руководителями выступили Виктор Альберт, Стефан К. Шустер и Луис Эррера-Эстрелья.

Генетическая основа хищного растения

Исследователи впервые отчитались о секвенировании генома пузырчатки в 2013 году в журнале Nature. В 2016 году, используя новые инструменты, они создали ещё более качественную версию генома с помощью одно-молекулярного метода PacBio. Этот метод позволил генерировать отдельные цепочки ДНК пузырчатки более чем в 40 раз длиннее, чем раньше.

Это высококачественное секвенирование позволило по-новому изучить геном. Учёные смогли идентифицировать важные цепочки копий генов, известные как тандемные повторы. Это фрагменты генетического материала, случайно продублированные рядом друг с другом. Такие повторяющиеся гены часто теряются в ходе эволюции, поэтому сохранённые из них могли дать своим носителям эволюционное преимущество.

Это особенно верно для пузырчатки, у которой маленький, богатый генами геном, что указывает на историю массового удаления ДНК.

Тандемные повторы в геноме пузырчатки включали:

• Гены, ответственные за создание папаин-подобных протеаз — белков, которые «пережёвывают» другие белки.
• Гены, способствующие транспорту пептидов, при котором расщеплённые белки (части жертв) перемещаются из одной клетки растения в другую.

Обе группы генов высокоактивны в вакуумных ловушках растения, что указывает на их роль в переваривании добычи.

Тандемные повторы также включали гены, связанные с такими признаками, как кислотность ловушек и эластичность их клеточных стенок — качества, которые могут повышать эффективность растения как хищника.