Паразитические растения могут создавать оружие из генов, украденных у растений-хозяев
Паразитические растения-сорняки могут красть гены у растений, которые они атакуют, а затем использовать эти гены против растения-хозяина.
В исследовании учёные обнаружили 52 случая неполового переноса ДНК — известного как горизонтальный перенос генов (HGT) — от растения-хозяина к представителям семейства паразитических растений-заразих (Orobanchaceae), с последующим становлением этих генов функциональными у паразита. Хотя HGT считается редким для большинства растений и других сложных видов, он может происходить у некоторых паразитических растений. Это понимание может привести к лучшим методам контроля паразитических растений, угрожающих сельскому хозяйству.
«Эти паразитические растения из семейства заразих включают одни из самых разрушительных сельскохозяйственных сорняков в мире. Наше открытие HGT — часть усилий по пониманию того, как работают паразитические растения и как мы можем их контролировать», — сказал Клод деПамфилис, профессор биологии из Университета Пенсильвании.
Исследователи предполагают, что такой перенос может усиливать способность паразитического растения внедряться в хозяев и преодолевать защитные механизмы. HGT также может помочь снизить риск заражения для самих паразитов.
В то время как горизонтальный перенос генов у менее сложных видов, таких как бактерии, обычен, эволюция более сложных организмов в основном движется половым обменом ДНК, мутациями и естественным отбором. Однако тесная питающая связь паразитических растений с их хозяевами может увеличивать шансы на перенос целых генов из генома хозяина в геном паразита, где они быстро становятся функциональными.
«Паразитические растения имеют гораздо более высокий уровень горизонтального переноса генов, чем непаразитические, и мы считаем, что это связано с их очень тесной связью с хозяином», — отметил деПамфилис.
Корни паразита контактируют с хозяином, проникают в него и начинают извлекать воду, сахара, минеральные питательные вещества и даже нуклеиновые кислоты, включая ДНК и РНК.
«Они крадут гены у растений-хозяев, встраивают их в свой геном, а затем очень часто используют эти гены как оружие против хозяина», — пояснил учёный.
Для обнаружения HGT исследователи использовали данные проекта «Parasitic Plant Genome Project», финансируемого Национальным научным фондом США (NSF). Они сгенерировали эволюционные истории для тысяч генов паразитических растений.
Учёные сфокусировались на транскриптомах (последовательностях экспрессируемых генов) трёх паразитических растений: Triphysaria versicolor, Striga hermonthica и Phelipanche aegyptiaca, а также непаразитического растения Lindenbergia philippensis и геномных последовательностях 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.