В тропических лесах Юго-Восточной Азии существует ярко-алое растение-паразит, которое со временем практически утратило собственный геном, но украло большое количество фрагментов ДНК у других растений

Большую часть своей жизни растения рода Саприя представляют собой тонкие извилистые ленты паразитических клеток, которые живут за счёт других растений. Наибольшее распространение этих редких растений-паразитов можно наблюдать в тропических лесах Юго-Восточной Азии. В первое время Саприю сложно заметить на других растениях, так как она развивается непосредственно внутри них. Но когда настаёт период цветения, неожиданно из растений появляется большой алый цветок, размером с обеденную тарелку. Выглядит он очень красиво и необычно, но есть одно «но» – это запах, который издаёт Саприя. Некоторые говорят, что он схож с запахом гниющего мяса. Кстати, именно в эту группу входит самый большой цветок в мире – Раффлезия Арнольда.

Исследование генетической инструкции этого редкого растения показывает, как далеко оно зашло, чтобы стать «специализированным» паразитом. Что это значит? Так как Саприя может существовать исключительно за счёт другого растения, этот род потерял почти половину собственных генов и приобрёл гены растений-хозяев. Результаты исследований показали, что со временем род Саприя и другие растения из этого паразитического семейства отбросили стебли, листья, корни и любую фотосинтетическую ткань.

«Если вы находитесь в лесу на острове Борнео (Калимантан), то у вас не получится отыскать эти редкие растения, если они не находятся в стадии цветения. Только когда они зацветают, вы сможете их найти по специфическому запаху», – говорит Чарльз Дэвис, биолог-эволюционист университета Гарварда.

В течение многих лет Дэвис изучал эволюцию этой группы паразитических растений. Когда некоторые генетические данные показали тесную связь между этими растениями-паразитами и их хозяевами, Дэвис заподозрил наличие горизонтального переноса генов. Именно в этом случае гены переходят непосредственно от одного вида к другому – в данном случае от хозяина к паразиту. Но до этого момента никто так и не расшифровал геном этих растений.

Поэтому Дэвис и его команда учёных-биологов решили упорядочить миллионы фрагментов генома Саприи гималайской (лат. Sapria himalayana), чтобы собрать их в полную картину. Когда команда детально проанализировала геном, учёные обнаружили в нём множество странностей.

Около 44 процентов всех генов, обнаруженных у большинства цветковых растений, отсутствовали у Саприи гималайской. Несмотря на это, длина полного генома у этого растения-паразита составляет примерно 55 000 генов, что превышает число генов у некоторых непаразитических растений. Команда предполагает, что такое большое количество генов может быть связано с тем, что Саприя перенимает многие гены от своих растений-хозяев. Биологи также обнаружили, что в геноме Саприи гималайской было много повторяющихся сегментов ДНК, что подтверждает догадки учёных.

Потеря хлорофилловых пигментов, которые отвечают за фотосинтез, часто встречается у паразитических растений, которые полагаются на своих хозяев для поддержания жизни. Но похоже, что Саприя гималайская уничтожила все генетические остатки своих хлоропластов и клеточных структур, в которых происходит фотосинтез.

Хлоропласты имеют свой собственный геном, отличный от ядерного генома, который управляет клетками растения, и митохондрий, которые производят энергию для клеток. После проведённого исследования Дэвис обнаружил, что Саприя гималайская, по-видимому, полностью потеряла этот геном.

«Это первый раз, когда я сталкиваюсь с таким случаем, когда растение полностью теряет свой собственный геном, – говорит Дэвис. – Исследования, которые проводились раньше показали тот же результат – генома нет. И наш детализированный анализ подтверждает, что он действительно исчез». Следует отметить, что даже гены в ядерном геноме Саприи гималайской, которые регулировали бы компоненты генома хлоропластов, исчезли.

«Возможно, ещё слишком рано объявлять геном хлоропластов полностью исчезнувшим», – отмечает Алекс Твайфорд, биолог-эволюционист из Эдинбургского университета, который не принимал участия в исследованиях Дэвиса. Также он говорит, что может быть трудно окончательно доказать, что геном исчез, особенно если хлоропласт «необычен по своей структуре или численности», поэтому его сложно идентифицировать.

Среди оставшихся частей ядерного генома команда Дэвиса также обнаружила, что более одного процента генома Саприи гималайской происходит от генов, украденных у других растений. Чаще всего это гены виноградной лозы из тропических лесов Юго-Восточной Азии.

«Весь масштаб исчезнувшего генома и объём повторяющихся генов в ДНК растений – это безумие», – говорит Арьян Банерджи, биолог из Университета Торонто в Миссиссоге. Также он добавил, что объем украденных генов у растений-хозяев не может не впечатлять.

«В геноме Саприи гималайской всё ещё остаётся много странных элементов, которые нужно исследовать, – замечает соавтор исследования Тим Сактон, биолог-эволюционист из Гарварда. – Например, растение-паразит увеличило количество генов в геноме с помощью ДНК других растений, в то время как другие растения-паразиты стараются сбалансировать объём собственных и приобретённых генов».

«Тут творится что-то странное и непонятное биологии, – добавляет Сактон. – Многие фрагменты ДНК, которые паразитическое растение крадёт у своего хозяина, по-видимому, просто существуют в геноме Саприи, но не делают ничего важного. Возникает вопрос: зачем растению-паразиту чужие фрагменты ДНК, если они, по сути, бесполезны?»

Результаты исследования показали учёным, что растения-паразиты могут выживать, не имея даже стебля, корня или любую фотосинтетическую ткань. Кропотливая работа над геномом Саприи гималайской открывает новые границы в биологии и в изучении жизни паразитических растений.

«Эти растения потеряли большинство собственных генов и приобрели чужие, но всё равно продолжают здравствовать, – говорит Дэвис, – Может быть, это именно то растение, у которого получится расширить наше познания в биологии. Мы привыкли, что у каждого живого существа есть собственный личный набор ДНК, но правила созданы, чтобы их нарушать, верно? Именно по такому принципу существует Саприя гималайская».

Источник: vk.com

Комментарии: