Паразитический образ жизни вызывает структурные изменения пластидного генома и потерю генов у видов Cuscuta

Гемипаразиты получают питательные вещества и неорганические соли от растений-хозяев через гаустории. Такой образ жизни независимо эволюционировал как минимум 12 раз у покрытосеменных. Cuscuta (повилика) представляет один из 12 отрядов покрытосеменных, которые независимо эволюционировали от автотрофов к паразитам.

Морфологически виды Cuscuta являются стеблевыми паразитами, их корни и листья полностью редуцированы или очень слабо фотосинтетически активны, либо утрачены. Потеря генов пластид и функциональная дегенерация генома неоднократно описывались у Cuscuta. Однако эволюционные связи между дегенерацией генов и функций генома и эволюцией до сих пор не были выяснены.

Исследователи из Сишуанбаньнаского тропического ботанического сада (XTBG) Китайской академии наук и их коллеги провели de novo сборку 29 новых пластидных геномов, включая 20 образцов от семи видов Cuscuta и девять автотрофных видов семейства Convolvulaceae.

Они расшифровали механизм эволюции пластидного генома у Cuscuta и её автотрофных родственников из семейства Cuscutaceae. Их исследование опубликовано в журнале Plant Molecular Biology.

Результаты показали, что структурная вариация пластидных геномов в Convolvulaceae была разнообразной, с девятью типами структурных перестроек и шестью типами экспансии-контракции границ инвертированных повторов (IR). Структурные вариации были тесно связаны с переходом к паразитическому образу жизни и могли усугубляться экспансией-контракцией границ IR и крупными повторами.

Кроме того, дегенерация пластидного генома у видов Cuscuta была прогрессирующей, с массовой потерей генов, происходящей только у трёх видов из группы Ceratophorae подрода Grammica.

В целом, паразитический образ жизни Cuscuta способствовал ослаблению селективных ограничений для генов пластидного генома, а накопление микровариаций в большом количестве этих генов привело к дегенерации пластидного генома.

«Наше исследование предоставляет новые доказательства для лучшего понимания эволюции, вариаций и редукции пластидного генома в роде Cuscuta», — сказал Юй Вэньбинь из XTBG.