Как растения отказываются от фотосинтеза и становятся паразитами? Исследовательская группа в Японии использует комплексный анализ экспрессии генов у альбиносов и зеленых орхидей для изучения эволюции растений-паразитов.
Исследование было проведено доцентом проекта SUETSUGU Kenji (Высшая школа науки Университета Кобе), доцентом KAMINAKA Hironori и научным сотрудником MIURA Chihiro (факультет сельского хозяйства Университета Тоттори), доцентом YAMATO Masahide (факультет Университета Тиба) образования) и специальный доцент СИГЕНОБУ Сюдзи (Национальный институт фундаментальной биологии).
Спонтанная мутация, приводящая к потере хлорофилла, - явление, наблюдаемое у многих видов растений. У нормальных видов растений мутации-альбиносы, которым не хватает хлорофилла, увядают после использования питательных веществ, хранящихся в их семенах, но альбиносы полупаразитических видов могут продолжать расти и даже производить цветы. Эти растения-альбиносы, которым не хватает хлорофилла, становятся полностью зависимыми от грибов в своем выживании.
Растения, которые отказались от фотосинтеза и питаются корнями грибов и других грибов, известны как микогетеротрофы. Большинство микогетеротрофов генетически далеки даже от ближайших автотрофных растений. В дополнение к эволюционной адаптации, которая позволила им вести паразитический образ жизни, у них есть различные другие мутации, из-за чего трудно точно определить, какая группа генов помогла им обрести свои паразитические способности.
Это исследование было посвящено виду орхидеи Epipactis helleborine. Хотя у этого вида развились зеленые листья и на первый взгляд кажется, что он может выжить только за счет фотосинтеза, он частично зависит от грибов в отношении углерода. Полумикогетеротрофные виды, такие как E. helleborine, иногда подвергаются спонтанным мутациям в разновидности-альбиносы, полностью теряя свой хлорофилл. Зеленые особи и особи-альбиносы имеют почти идентичные последовательности генома, что делает их идеальными кандидатами для генетического анализа микогетеротрофии. Поскольку у альбиносов отсутствует хлорофилл, считается, что они больше зависят от своих паразитических способностей, чем зеленые особи. В этом исследовании изучалась возможность того, что гены, экспрессирующиеся в большей степени у разновидностей-альбиносов, связаны с микогетеротрофией (паразитизмом грибов). Исследовательская группа сосредоточилась на этих высокоэкспрессирующих группах генов.
Группа провела анализ транскриптома с использованием РНК, выделенной из корней 3 зеленых особей и 3 особей-альбиносов E. helleborine. Результаты показали, что группа генов, связанная с микоризным симбиозом у арбускулярных микоризных растений и автотрофных орхидей, также сильно экспрессируется у альбиносов E.морозник. Кроме того, образцы экспрессии из нескольких генетических групп, связанных с биосинтезом растительных гормонов, показали сходство между людьми-альбиносами и растениями, связанными с арбускулярными микоризными грибами. Эти результаты предполагают, что микогетеротрофы могут включать грибы, используя механизм, аналогичный механизмам, обнаруженным в других типах микоризного симбиоза. До сих пор ботаники считали, что микоризный симбиоз у микогетеротрофов использует механизм, отличный от других типов микоризного симбиоза, из-за резкой смены партнеров у микоризных грибов. Однако это исследование предполагает, что у них может быть больше общих механизмов, чем предполагалось ранее. Результаты были опубликованы 19 января в онлайн-издании Molecular Ecology..