Большинство людей знают омелу (альбом Viscum) прежде всего как растение, которое можно повесить и поцеловать на праздниках. Но в своей естественной среде омела является гемипаразитом (паразитическое растение, способное к некоторому фотосинтезу), прикрепляющееся к деревьям и извлекающее из них воду и питательные вещества. Теперь два независимых исследования, опубликованных в журнале Current Biology 3 мая, показывают, что паразитический образ жизни омелы привел этот вид к довольно удивительной эволюционной утрате. У омелы отсутствуют ключевые компоненты клеточного механизма, от которого зависят другие организмы, для преобразования глюкозы в молекулу-носитель энергии АТФ.
«Потеря дыхательной способности ранее наблюдалась только у одноклеточных эукариот, что приводило к паразитическому или симбиотическому образу жизни», - говорит Этьен Мейер из Института молекулярной физиологии растений им. Макса Планка в Германии. «Мы сообщаем о первом случае многоклеточного эукариота, потерявшего большую часть своей дыхательной способности».
«Нет известных примеров того, что жизнь без митохондриального комплекса I возможна у многоклеточных эукариот», - добавляет Ханс-Петер Браун из Университета Лейбница в Ганновере, также в Германии. «Итак, мы определенно были удивлены, когда поняли, что альбом V. живет без этого комплекса».
Ранее проведенные исследования показали, что геномы внутри клеточных электростанций, известных как митохондрии видов Viscum, потеряли гены, кодирующие субъединицы комплекса I. Это был первый среди многоклеточных эукариот. Но это не было доказательством того, что у омелы полностью отсутствует комплекс. Возможно, гены, кодирующие комплекс I, были перенесены из митохондрий в ядерный геном.
Тем не менее, результаты привлекли внимание Брауна и Мейера. Не зная друг о друге, они оба решили присмотреться. Позже две команды встретились на конференции и обнаружили, что идут параллельными путями, которые теперь привели их по существу к одному и тому же открытию. Они решили отправить свою работу в Current Biology в паре.
Команда Брауна представляет биохимические доказательства того, что в митохондриях омелы европейской полностью отсутствует комплекс I. У них также значительно уменьшено количество комплексов II и V. В то же время, они сообщают, комплексы III и IV образуют то, что они описывают как «удивительно стабильные респираторные суперкомплексы». Полученные данные предлагают биохимическое доказательство того, что гены, кодирующие субъединицы комплекса I, не были перенесены в ядерный геном и что этот дыхательный комплекс действительно не собран. Как следствие, вся дыхательная цепь растения реконструируется.
Команда Мейера вместе с командой Яннеке Балк из Центра Джона Иннеса, Великобритания, также обнаружили, что они не смогли обнаружить никакой активности комплекса I или его белковых субъединиц. Они обнаружили, что уровни комплекса IV и фермента, синтезирующего АТФ, присутствовали в 5-кратно более низкой концентрации, чем у другого обычно изучаемого лабораторного растения. Другие важные метаболические ферменты были обнаружены на более высоких уровнях. Их результаты дополняют доказательства того, что митохондриальные функции в паразитической омеле претерпели «крайние корректировки» в ходе эволюции.
Braun предполагает, что эта адаптация к паразитическому образу жизни может сэкономить растению энергию, необходимую для сборки этих митохондриальных комплексов. «Однако, - говорит он, - за это приходится платить», поскольку способность митохондрий генерировать АТФ снижается.
Работа обеих исследовательских групп показала, что потеря образования АТФ митохондриями может быть компенсирована процессами производства АТФ в других клеточных компонентах. Это возможность, которая заслуживает дальнейшего изучения, говорит Браун. Мейер добавляет, что следует исследовать митохондрии других видов паразитических растений, чтобы определить, является ли снижение дыхательной способности специфичным для омелы.