Генетические исследования для создания растений, устойчивых к паразитическим сорнякам
Паразитические растения-сорняки могут «воровать» гены у растений-хозяев и использовать их против них. К такому выводу пришла группа учёных.
В исследовании было обнаружено 52 случая неполового переноса ДНК — так называемого горизонтального переноса генов (ГПГ) — от растения-хозяина к представителям семейства паразитических растений заразиховых. Перенесённые гены стали функциональными у паразитического вида. Хотя ГПГ считается редким для растений и других сложных организмов, он может происходить у некоторых паразитических растений. Это открытие может привести к созданию лучших методов контроля над паразитическими растениями, угрожающими сельскому хозяйству.
«Эти паразитические растения из семейства заразиховых включают одни из самых разрушительных сельскохозяйственных сорняков в мире», — говорит Клод деПэмфилис, профессор биологии из Университета Пенсильвании. — «Надеемся, что эта информация поможет найти лучшие стратегии для создания или выведения устойчивых растений-хозяев».
Исследователи предполагают, что такой перенос генов может:
- Повышать способность паразита внедряться в хозяина и преодолевать его защитные механизмы.
- Снижать риск заражения для самого паразита.
В то время как горизонтальный перенос генов у менее сложных видов (например, бактерий) — обычное явление, эволюция сложных организмов в основном движется половым обменом ДНК, мутациями и естественным отбором. Однако тесная связь паразитических растений с хозяевами может увеличивать шансы на перенос целых генов в геном паразита, где они быстро становятся функциональными.
«Корни паразита контактируют с хозяином, проникают в него и начинают извлекать воду, сахара, минеральные вещества и даже нуклеиновые кислоты, включая ДНК и РНК», — поясняет деПэмфилис.
Для обнаружения ГПГ учёные использовали данные Проекта по изучению генома паразитических растений, финансируемого Национальным научным фондом США (NSF). Они построили эволюционные истории для тысяч генов, сфокусировавшись на транскриптомах (экспрессированных последовательностях генов) трёх паразитических растений:
- Triphysaria versicolor (жёлтый трифизарий)
- Striga hermonthica (строга, или ведьмина трава)
- Phelipanche aegyptiaca (египетская заразиха)
А также непаразитического растения Lindenbergia philippensis и геномных последовательностей 22 других непаразитических растений.
Исследователи тщательно проверили данные, чтобы исключить возможность, что обнаруженные чужеродные последовательности являются результатом экспериментального загрязнения. Вместо этого они обнаружили, что эти последовательности произошли от целых генов прошлых растений-хозяев и были включены в геномы паразитических растений.
Будущие исследования могут быть направлены на изучение механизма горизонтального переноса генов, чтобы помочь создать улучшенную защиту растений от паразитических атак.
Исследование опубликовано 24 октября 2016 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).