Расшифровка генома повилики проливает свет на эволюцию паразитизма у растений

Большинство растений автотрофны: поглощают солнечный свет и CO2 листьями, воду и минералы — корнями из почвы. Однако паразитические растения извлекают воду и питательные вещества из других растений. Происхождение и эволюция этого паразитизма остаются малоизученными.

Повилики (Cuscuta spp., Convolvulaceae) — это глобально распространённые голопаразиты (практически не фотосинтезируют), не имеющие корней и листьев. Они стали важной моделью для изучения паразитических растений.

Лаборатория доктора У Цзяньцяна из Куньминского института ботаники Китайской академии наук использовала технологии PacBio и Illumina для секвенирования транскриптома и получила высококачественный геном повилики Cuscuta australis.

Сравнительный геномный и молекулярно-эволюционный анализ выявил интересную картину эволюции генома этого паразита:

  • Филогенетический анализ показал, что предок Cuscuta отделился от общего предка с Ipomoea 750 миллионов лет назад, после чего пережил событие утроения генома.
  • Затем геном Cuscuta быстро эволюционировал с массовой потерей генов.
  • С помощью строгого биоинформатического подхода учёные обнаружили, что около 11.7% консервативных генов автотрофных растений отсутствуют в геноме C. australis.
  • Утраченные гены важны для фотосинтеза, функций корня и листа, устойчивости к стрессам и регуляции транскрипции.
  • Также отсутствуют ключевые гены контроля времени цветения, такие как FLC, FRI, SVP, AGL17 и CO. Потеря генов коррелирует с изменением плана строения тела повилики.

Исследователи также изучили гены, связанные с эволюцией гаустория — специфического органа паразита. Оказалось, что около 1/3 высокоэкспрессируемых в гаустории генов также сильно экспрессируются в корнях автотрофных растений.

Данные транскриптомики, анализ положительного отбора и расширенных генных семейств указывают на возможную роль в формировании гаустория ряда генов, включая пектинэстеразу, сериновую карбоксипептидазу, транспортёры, а также новых генов с неизвестными функциями.