Паразитическое растение баланофора утратило огромную часть генома за ненадобностью

Если путешественник случайно встретит растения семейства баланофоровых в лесу какой-нибудь тёплой страны, то может легко принять их за грибы, растущие у корней деревьев. Но на самом деле перед ним будут особенные соцветия.


Большинство паразитических растений имеют гаустории, чтобы красть пищу. Гаустория в ботанике, она же пята, — это орган питания и прикрепления к хозяину-кормильцу у растительных форм, неспособных к самостоятельному существованию. Но в отличие от большинства паразитов баланофора вызывает разрастание сосудистой системы своего растения-хозяина в клубень. В результате столь коварной деятельности образуется уникальный подземный орган из сочетания тканей как хозяина, так и паразита. Этот химерный, то есть состоящий из клеток двух организмов, клубень — то самое приспособление, через которое баланофора крадёт питательные вещества у хозяина.



То, как эти субтропические растения-паразиты эволюционировали до их нынешней формы, заинтересовало Сяоли Чена из китайской компании BGI Research, ранее известной как Пекинский институт геномики. Чен с коллегами, в том числе ботаником из Университета Британской Колумбии Шоном Грэмом, сравнили геномы баланофоры и саприи, другого паразитического растения, но из семейства раффлезиевых. Дело в том, что у саприи совсем другое вегетативное тело, похожее на лежащий на земле мясистый цветок.



Исследование показало, что саприя и баланофора потеряли в ходе эволюции геномы на рекордные для цветковых растений значения в 38% и 28%. А понадобилось им это, чтобы стать голопаразитическими. Термин «голопаразитические» никак не связан с наготой, так как греческая первая часть слова имеет то же значение, что и в слове «голограмма» — «весь, полностью». В общем, голопаразитические растения всецело зависят от питания на других представителях флоры и не имеют хлорофилла, источника зелёного цвета у «нормальных» растений.

Сяоли Чен сказал, что степень сходных, но независящих друг от друга потерь генов, наблюдаемых у баланофоры и саприи, поразительна. В ходе так называемой конвергентной эволюции баланофора и саприя при всех их внешних различиях проявили генетически сходные механизмы. А ведь оба паразита произошли от совершенно разных групп растений, у которых был фотосинтез. Ботаники обнаружили почти полную потерю генов, связанных с фотосинтезом, как у баланофоры, так и у саприи.

Но исследование также выявило потерю генов, участвующих в других ключевых биологических процессах — развитии корней, поглощении азота и регуляции цветения. Паразиты утратили или «оптимизировали» значительную часть генов, обычно встречающихся в зелёных растениях. Это подтвердило идею о том, что паразиты сохраняют только те гены или копии генов, которые необходимы.

Во многих растениях происходит синтез основного растительного гормона, абсцизовой кислоты (ABA), который отвечает за реакции растений на стресс и передачу сигналов. Самое удивительное, что гены, связанные с ABA, были параллельно утрачены и у баланофоры, и у саприи. Несмотря на это исследователи всё ещё регистрировали накопление ABA в стеблях цветущей баланофоры и обнаружили, что гены, участвующие в ответе на передачу сигналов ABA, у паразитов всё ещё сохраняются.

Большинство потерянных баланофорой генов, вероятно, связаны у зелёных растений с функциями, которые стали ненужными у паразитов, пояснил Шон Грэм. И высказал предположение, которое ещё нужно проверить: вероятно, есть случаи, когда потеря гена была действительно полезной, а не просто отражала потерю функции. Потеря всего биосинтеза ABA может быть хорошим примером, так как, предположительно, поддерживает физиологическую синхронизацию с растениями-хозяевами.