Растение-паразит превратилось в химерный клубень

Растение-паразит баланофора / © Ze Wei

Переход к паразитизму вызывает характерные изменения у самых разных существ. Авторы нового исследования узнали, как он повлиял на геномы растений, ставших «настолько паразитическими», что от них остался только клубень-химера с грибовидными соцветиями.

Репродуктивного успеха — то есть широкого распространения и эффективного размножения — живые существа могут добиться по-разному. Какие-то виды становятся все сложнее, а какие-то учатся жить «на всем готовом» — паразитируют на других. Паразиты есть среди самых разных систематических групп от бактерий до позвоночных животных и даже цветковых растений.

Удивительно, что многие приспособления у избравших путь паразитизма универсальны. Как правило, такие существа становятся примитивнее, создают целые полчища потомства и приобретают узкую специализацию, то есть приспосабливаются к определенному хозяину и уже не могут иметь дело с кем-то еще.

Геномы паразитов тоже обычно становятся проще и меньше, в то же время приобретая специфические черты. Авторы новой статьи для Nature Plants изучили геномы растений, которые по пути специализированного паразитизма зашли особенно далеко.

Объектом исследования стали баланофора (Balanophora sp.) из одноименного семейства и саприя (Sapria sp.), которую относят к семейству раффлезиевых. Геномы таких «100-процентных» паразитов авторы сравнили с другими растениями, которые ведут полупаразитический образ жизни и в какой-то степени способны использовать энергию света.

В той или иной степени паразитами стал примерно один процент видов цветковых растений. Разумеется, они частично или полностью избавились от своего фотосинтетического аппарата, а значит, перестали быть зелеными. Биологи считают, что разные группы цветковых перешли к паразитизму независимо друг от друга по меньшей мере 12 раз.

Помимо упрощения паразитические растения приобрели особые адаптации, подчас довольно причудливые. От той же баланофоры — и это пример крайнего паразитизма — в итоге остались главным образом похожие на грибы соцветия и химерный клубень. Он представляет собой мясистый подземный орган, в который врастают ткани растения-хозяина. Поскольку клубень сочетает в себе клетки двух разных видов, его называют химерой.

В более стандартном случае растение-паразит просто «впивается» в своего хозяина с помощью присоски (гаустория), чтобы получать от него питательные вещества, но столь тесного срастания не происходит.

Из этого следует, что паразиты научились искусно манипулировать ростом и метаболизмом других растений, вмешиваясь в их саморегуляцию с помощью фитогормонов. Однако за счет чего им это удалось и что при этом стало с их геномами?

Оказалось, что баланофора утратила 28 процентов своих генов, а саприя даже 38 процентов. Это рекордные показатели сокращения генома среди цветковых, что несомненно связано с паразитизмом.

Существенно, что имеющие разную морфологию, происхождение баланофора и саприя утратили главным образом одни и те же гены. Почти полностью исчезли те, что кодируют компоненты фотосинтетического аппарата или нужны для его регуляции.

Также сильно уменьшилось число генов, участвующих в развитии корней, в азотном метаболизме и регуляции цветения. К тому же паразиты растеряли многие из дуплицированных генов, которые характерны для растений и обычно имеют схожие функции.