Генетическая последовательность паразитического цветкового растения Sapria

22 января в журнале Current Biology группа исследователей под руководством Гарварда представила наиболее полный на сегодняшний день геном одного из основных линий Rafflesiaceae — Sapria himalayana.

Этот вид, встречающийся в Юго-Восточной Азии, имеет пятнистый красно-белый цветок размером с обеденную тарелку.

Генетический анализ выявил поразительную степень потери генов и удивительное количество генов, "украденных" у древних и современных растений-хозяев. Эти данные дают уникальное представление о количестве и типе генов, необходимых для существования в качестве эндопаразита (организма, полностью зависящего от хозяина в получении всех питательных веществ), а также предлагают новое понимание того, насколько можно изменить геном цветковых растений, сохранив их жизнеспособность.

Анализ проливает свет на вид цветов, чья эволюционная и геномная история в значительной степени неизвестна, поскольку у них нет традиционного тела, большую часть жизни они проводят внутри хозяев и лишены механизмов для фотосинтеза.

Исследователей сразу поразила степень потери генов у Sapria в процессе адаптации к эндопаразитизму. В геноме Sapria отсутствует почти половина генов, которые есть у большинства цветковых растений. Эта степень потери более чем в четыре раза превышает аналогичный показатель у других паразитических растений. Многие из утраченных генов включают ключевые гены, ответственные за фотосинтез.

"Во многих отношениях чудо, что эти растения существуют сегодня, не говоря уже о том, что они, кажется, сохранялись десятки миллионов лет. Они действительно отбросили многое из того, что мы идентифицируем как типичное растение, и при этом глубоко встроены в древо жизни растений", — сказал Чарльз Дэвис, руководитель проекта.

Данные также продемонстрировали эволюционную конвергенцию в становлении паразитом: Sapria и другие изученные паразитические растения независимо друг от друга потеряли многие гены одного типа.

"Мы пришли к выводу, что существует общий геномный или генетический путь того, как эволюционируют растительные паразиты", — сказал Цай Лимин, один из ведущих авторов исследования.

Ученые также идентифицировали десятки генов, попавших в геном Sapria посредством горизонтального (латерального) переноса генов, а не традиционной передачи от родителя к потомку. Это означает, что Sapria "украла" эту ДНК у своих хозяев.

Исследователи реконструировали обнаруженные случаи горизонтального переноса, чтобы собрать скрытую историю бывших хозяев, уходящую на миллионы лет назад.

Они оценивают, что секвенировали около 40% генома, полагая, что это его ядро, а оставшиеся части, вероятно, являются повторяющимися регионами.

Проект, начавшийся в 2004 году, включал полевые работы в Таиланде и Малайзии, транспортировку растений и сложную лабораторную работу. Сборка генома была сравнима с решением головоломки из миллионов частей.

Rafflesiaceae представляют собой самую крайнюю форму паразитизма. У них нет собственных корней, стеблей или листьев. Они невидимы большую часть жизни, существуя в виде небольшой цепочки клеток внутри древесных лоз хозяина, пока не "вырываются" наружу, чтобы зацвести. Их запах гниющего мяса привлекает падальных мух для опыления.

"Это, безусловно, самые харизматичные и странные из всех цветковых растений. Они просто настолько причудливы", — сказал Дэвис.