Паразитические растения используют украденные гены для улучшения паразитизма

Новое исследование, проведённое учёными из Penn State и Virginia Tech, показывает, что паразитическое растение повилика (род Cuscuta, dodder) украло у растений-хозяев большое количество генетического материала, включая более 100 функциональных генов. Эти украденные гены способствуют способности повилики прикрепляться к хозяину, высасывать из него питательные вещества и даже отправлять обратно в хозяина генетическое оружие. Исследование опубликовано 22 июля 2019 года в журнале Nature Plants.

Горизонтальный перенос генов у сложных организмов

«Горизонтальный перенос генов — перемещение генетического материала из одного организма в геном другого вида — очень распространён у микробов... Мы не видим много примеров горизонтального переноса генов у сложных организмов, таких как растения, и когда мы видим, переданный генетический материал обычно не используется. В этом исследовании мы представляем самый драматичный случай функционального горизонтального перена генов, когда-либо обнаруженный у сложных организмов», — сказал Клод деПамфилис, старший автор исследования.

Как паразит использует украденные гены

Повилика не может жить самостоятельно за счёт фотосинтеза и использует гаустории для доступа к воде и питательным веществам хозяина.

Исследователи идентифицировали 108 генов, добавленных в геном повилики путём горизонтального переноса, которые, по-видимому, функциональны у паразита. Эти гены способствуют:

Один украденный ген даже производит малые сегменты РНК, известные как микроРНК, которые отправляются обратно в растение-хозяин, действуя как оружие, которое может играть роль в подавлении защитных генов хозяина.

Доказательства функциональности

Команда использовала строгие критерии, чтобы определить, является ли украденный материал функциональным: гены должны быть полной длины, содержать все необходимые части, транскрибироваться в РНК и экспрессироваться в соответствующих структурах. Эволюционный анализ также подтвердил функциональность — в генах сохранялись мутации, не нарушающие функцию белка, что указывает на действие естественного отбора.

Эволюционное значение

  • 18 из 108 генов присутствуют у всех видов повилики, что говорит о том, что они были украдены общим предком этой паразитической группы и могли способствовать её успешному распространению.
  • Обнаружены также 42 региона в геноме повилики, появившиеся в результате горизонтального переноса, но не содержащие функциональных генов. Это указывает на то, что паразитические растения, возможно, не могут фильтровать поступающий материал, но естественный отбор поддерживает полезные гены и отсеивает менее полезные сегменты.

Будущие исследования

Учёные исследуют механизм переноса генетического материала от хозяина к паразиту и задаются вопросами:

  • Является ли этот перенос односторонним или хозяин тоже может получать гены от паразита?
  • Насколько широко распространён горизонтальный перенос функциональных генов среди других 4000+ видов паразитических растений?
  • Возможен ли он у непаразитических растений и других сложных организмов?

«Это может быть лишь верхушкой айсберга», — отметил деПамфилис.

2019-07-22