Расшифрован геном и транскриптом паразитического растения Striga

Генетики из RIKEN впервые секвенировали геном паразитического растения Striga, известного как ведьмины метлы. Этот анализ дает представление об эволюции паразитических растений и служит инструментом для улучшения мониторинга и контроля над этим дорогостоящим сорняком.

Striga — серьезный сельскохозяйственный вредитель, ежегодно наносящий ущерб урожаю на миллиарды долларов. Она прикрепляется к корням растений-хозяев, лишая их воды и питательных веществ. Гербициды и механическое удаление могут контролировать сорняк, но эти методы дороги и не уничтожают семена в почве.

Чтобы лучше понять эволюцию и биологию Striga, команда Кена Ширасу из RIKEN Center for Sustainable Resource Science секвенировала геном вида Striga, который вторгся в США в 1950-х годах. Они также секвенировали транскриптом наиболее опасного вида Striga.

Команда идентифицировала примерно 35 000 белок-кодирующих генов в геноме. Анализ выявил свидетельства двух событий дупликации всего генома в ходе его эволюции. Более важно то, что они нашли доказательства, что геном Striga эволюционировал в три фазы, как предполагают теории эволюции паразитических растений.

1. Приобретение функций: Striga приобрела гены для формирования инфекционного корня, перепрофилировав гены, обычно участвующие в регуляции боковых корней.
2. Потеря функций: Паразит утратил определенные функции, полагаясь на ресурсы хозяина. Например, семейства генов, связанных с фотосинтезом, сократились, поскольку Striga полагается на углерод от хозяина. Также было утрачено много генов, ответственных за гормональный ответ на стимулы окружающей среды, такие как потеря воды.
3. Специализация: Отношения становятся более специализированными на конкретных хозяевах. Семена и проростки Striga обнаруживают хозяина, чувствуя гормоны — стриголактоны. Семейство генов, отвечающих за восприятие стриголактонов, значительно расширилось у Striga, что позволяет проросткам распознавать и колонизировать широкий круг хозяев.

«Расширение семейства генов, чувствительных к стриголактонам, было неожиданным, — говорит Ширасу. — Мы также обнаружили, что многие из этих генов экспрессируются не в семенах, а в корнях, а значит, некоторые члены этого семейства генов делают что-то еще, кроме контроля прорастания».

Наконец, сравнение генома Striga с геномами других растений выявило несколько переносов крупных геномных фрагментов между видами. Это говорит о том, что Striga может приобретать генетический материал от своих хозяев, что могло повлиять на ее эволюцию.

Эти открытия открывают путь для дальнейших генетических и геномных анализов. «Имея эти геномные данные, мы теперь можем отслеживать распространение Striga в полевых условиях на геномном уровне, — говорит Ширасу. — Это означает, что мы можем изучать, как Striga адаптируется, чтобы заражать текущие сорта или избегать действия агрохимикатов, что может дать стратегию для выбора сортов и химикатов».