Бесполые растения-паразиты нарушают правила биологии

Растения рода Balanophora, похожие на грибы, в основном живут под землей, питаясь корнями деревьев.

Фотосинтез. Изучение того, как растения используют солнце и воду для производства собственной пищи, является неотъемлемой частью уроков биологии и делает возможной жизнь на Земле. Тем не менее, не все из более чем 300 000 известных видов растений являются мощными производителями пищи, размножающимися половым путем. Вместо этого такие растения, как, например, из рода Balanophora, являются бесполыми паразитами. Эти похожие на инопланетян растения бросают вызов самим основам биологии растений.

«Моя давняя цель — переосмыслить истинное значение понятия „растение“, — заявил в своем обращении Кендзи Суэцугу, ботаник из Университета Кобе в Японии. — Много лет меня завораживали растения, отказавшиеся от фотосинтеза, и я хочу раскрыть изменения, происходящие в этом процессе».

Суэцугу является соавтором исследования, недавно опубликованного в журнале New Phytologist, которое погружает читателя в мир этих бесполых паразитов. Виды рода Balanophora считаются крайним примером незеленых растений, питающихся корнями других. Они в основном живут под землей и встречаются в тропических регионах Африки, Южной Азии и Юго-Восточной Азии. В горах Тайваня и Японии они растут у основания мшистых деревьев, часто больше похожие на грибы. У этих растений самые маленькие цветы и семена в мире, и они появляются только во время цветения, с июля по октябрь.

Некоторые виды Balanophora размножаются половым путем, в то время как другие — исключительно бесполым. Однако до сих пор неясно, как изменения в геномах растений влияют на их экологию и размножение.

В этом новом исследовании Суэцугу и его коллеги из Окинавского института науки и технологий проанализировали три основных компонента эволюции Balanophora. Им нужно было понять, как растения этой группы, гены которых изменились для бесполого поведения, связаны друг с другом. Затем они изучили, как эти гены модифицируют ту часть клетки растения, которая работает как солнечная батарея и поглощает солнечный свет в зеленых растениях, называемую пластидами. Наконец, им необходимо получить более полное представление о том, как размножение вписывается в их экологию.

По словам Суэцугу, самые большие трудности заключались просто в поиске растений. «Эти растения редки, встречаются неравномерно и часто ограничены крутыми, влажными лесами. Но многолетний опыт изучения Balanophora как в лаборатории, так и в полевых условиях, а также давние связи с местными натуралистами сделали этот проект возможным», — сказал он.

Исследователи обнаружили, что у растений рода Balanophora крайне ограниченный пластидный геном, в котором зеленые растения поглощают солнечный свет. Это сокращение генетического материала, вероятно, произошло у их общего предка, до того, как растения диверсифицировались на несколько различных видов. Большинство паразитических растений склонны терять гены в своих пластидах по мере того, как становятся все более зависимыми от своих растений-хозяев. Однако, несмотря на то, что Balanophora полностью зависят от своих деревьев-хозяев в плане питания, у них все же есть некоторое количество пластид.

«Удивительно наблюдать, насколько растение может сократить свой пластидный геном, который на первый взгляд выглядит так, будто пластид находится на грани исчезновения», — сказал Суэцугу. «Но при более внимательном рассмотрении мы обнаружили, что многие белки по-прежнему транспортируются в пластид, что показывает: даже несмотря на то, что растение отказалось от фотосинтеза, пластид все еще является жизненно важной частью метаболизма растения».

Что касается их бесполого размножения, то, вероятно, оно развивалось в этой группе несколько раз. Возможно, дополнительная способность создавать семена без оплодотворения развилась у растений на ранних этапах их эволюции, и это стало преимуществом при колонизации архипелага, простирающегося от материковой Японии через остров Окинава на юг до Тайваня.

«В течение последнего десятилетия я изучал опыление и распространение семян Balanophora, где неожиданную роль играют верблюжьи сверчки и тараканы, но я также заметил, что бесполое производство семян часто обеспечивает размножение, когда партнеров или опылителей мало», — объяснил Суэцугу.

В конечном итоге бесполое размножение могло стать постоянным явлением у некоторых видов рода Balanophora.

В дальнейших исследованиях команда надеется связать эти результаты с дополнительными биохимическими данными, чтобы выяснить, что именно производят пластиды Balanophora, которые создают пищу, и как они помогают этим паразитическим растениям расти внутри корней хозяина.

«Для человека, который провел много часов, наблюдая за этими растениями в темных, влажных лесах, видеть, как разворачивается их история на геномном уровне, — это невероятно приятно», — заключил Суэцугу.

Laura Baisas “Asexual parasitic plants break biology’s rules”

Перевод статьи «Asexual parasitic plants break biology’s rules» автора Laura Baisas, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык

Фото: Виды рода Balanophora — это паразитические растения, живущие под землей и появляющиеся на поверхности только во время цветения, а некоторые виды размножаются исключительно бесполым путем. Этот коллаж демонстрирует изученные виды, чтобы установить, как растения этой группы взаимодействуют друг с другом, как они модифицируют свои пластиды и как их размножение вписывается в их экологию. Источник фото: Университет Кобе