Растение-паразит заставляет хозяина врастать в его плоть — и это пример экстремального сокращения генома

Растения семейства Balanophoraceae легко принять за грибы, растущие у корней деревьев. Их похожие на грибы структуры — это соцветия, состоящие из крошечных цветков.

В отличие от других паразитических растений, которые внедряют гаустории в ткани хозяина, Balanophora индуцирует рост сосудистой системы растения-хозяина в клубень. Формируется уникальный подземный орган — химерный клубень из смешанной ткани хозяина и паразита. Это интерфейс, через который Balanophora крадет питательные вещества.

Ученые под руководством доктора Сяоли Чэнь из BGI Research сравнили геномы Balanophora и другого крайнего паразита — Sapria из семейства Rafflesiaceae, имеющего совершенно иное вегетативное тело.

Исследование, опубликованное в Nature Plants, показало:

  • Sapria и Balanophora потеряли 38% и 28% своего генома соответственно, эволюционируя в голопаразитов. Это рекордное сокращение для цветковых растений.
  • Масштаб независимых, но сходных потерь генов у Balanophora и Sapria указывает на сильную конвергенцию в генетической эволюции линий голопаразитов, несмотря на разное происхождение и внешний вид.

Ключевые генетические потери:

  • Почти полная утрата генов, связанных с фотосинтезом.
  • Потеря генов, участвующих в развитии корней, поглощении азота и регуляции развития цветения.
  • Паразиты сохранили только те гены или копии генов, которые необходимы.
  • Параллельная потеря генов, отвечающих за синтез ключевого гормона растений — абсцизовой кислоты (ABA), которая участвует в стрессовых реакциях и сигнализации.

Парадокс ABA: Несмотря на потерю пути биосинтеза ABA, в цветущих стеблях Balanophora обнаруживается накопление этого гормона, а гены, отвечающие на сигнал ABA, у паразитов сохранились.

Объяснение ученых:

  • Большинство утраченных генов, вероятно, стали функционально ненужными для паразитов.
  • Однако в некоторых случаях потеря генов могла быть выгодной. Например, потеря пути биосинтеза ABA могла помочь паразитам поддерживать физиологическую синхронизацию с растениями-хозяевами.

Исследование, проведенное в рамках проекта 10KP по секвенированию 10 000 видов растений, углубляет понимание радикальных геномных изменений и сложных взаимодействий между паразитами и хозяевами.