Эволюционные загадки редкого паразитического растения: уменьшенные пластиды и странные репродуктивные стратегии
Растение Balanophora, похожее на гриб, растет у основания деревьев в горах Тайваня, Японии и субтропических лесах Окинавы. Это уникальное паразитическое растение с одними из самых маленьких цветов и семян в мире. У него нет хлорофилла для фотосинтеза и корневой системы для получения воды из почвы.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST), Университета Кобе и Тайбэйского университета провели масштабное исследование этого редкого рода. Их работа, опубликованная в New Phytologist, раскрывает эволюционную историю растения и особенности его паразитического образа жизни.
Уменьшенные пластиды, геномы и островные местообитания
Несмотря на полную зависимость от растений-хозяев, Balanophora сохранила свои пластиды, хотя и в сильно редуцированном виде.
- У непаразитических растений до 200 генов могут кодировать структуру пластид.
- У Balanophora осталось всего 20 генов.
- При этом более 700 белков импортируются в пластиды из цитоплазмы, что указывает на их важную роль в биосинтезе соединений, не связанных с фотосинтезом.
«То, что пластиды Balanophora все еще участвуют в биосинтезе многих соединений, не связанных с фотосинтезом, было неожиданностью. Это предполагает, что порядок и время редукции пластид у нефотосинтезирующих растений схожи с другими эукариотами, такими как вызывающий малярию паразит Plasmodium, который произошел от фотосинтезирующего предка», — говорит профессор Филип Хусник, руководитель подразделения OIST.
Семейство Balanophoraceae, к которому относится род Balanophora, — одно из древнейших семейств полностью паразитических растений, диверсифицировавшееся в середине мелового периода около 100 миллионов лет назад. Это одни из первых наземных растений, утративших фотосинтез.
Странные репродуктивные стратегии
Репродукция Balanophora сильно варьирует:
- Некоторые виды требуют оплодотворения для образования семян.
- Другие способны к факультативной апомиксии (образованию семян без оплодотворения).
- Некоторые являются облигатными апомиктами, то есть никогда не размножаются половым путем.
«Облигатный апомиксис чрезвычайно редок в царстве растений, поскольку обычно несет много негативных последствий — отсутствие генетического разнообразия, накопление вредных мутаций, зависимость от специфических условий, более высокий риск вымирания и так далее», — объясняет доктор Петра Светликова, ведущий автор исследования. — «Удивительно, но мы обнаружили, что облигатно апомиктичные виды Balanophora были исключительно островными видами».
Преимущество такой стратегии — способность одной женской особи быстро колонизировать новые острова, занимая специфическую нишу (темный, влажный подлесок), где выживают немногие другие растения.
Несмотря на способность к клонированию, Balanophora очень избирательна в выборе хозяина: отдельные популяции паразитируют всего на нескольких видах деревьев. Это делает эти редкие цветы уязвимыми. Большинство известных местообитаний Balanophora на Окинаве охраняются, но популяции сталкиваются с угрозой вымирания из-за вырубки лесов и несанкционированного сбора.
«Мы надеемся узнать как можно больше об этом удивительном древнем растении, пока не стало слишком поздно. Оно служит напоминанием о том, что эволюция продолжает нас удивлять», — говорит доктор Светликова.