Подлые сорняки-паразиты могут украсть гены у растений, на которые они нападают, а затем использовать эти гены против растения-хозяина, по словам группы ученых.
В ходе исследования исследователи обнаружили 52 случая неполового переноса ДНК, известного как горизонтальный перенос генов, или HGT, от растения-хозяина, которое позже стало функциональным, в членов семейства паразитических растений, известных как заразихи, сказал Клод де Памфилис, профессор биологии, Пенсильвания. Затем переданные гены стали функциональными у паразитических видов. Он добавил, что хотя HGT считается редким у большего количества растений и других сложных видов, таких как растения, он может встречаться у некоторых растений-паразитов, что может привести к более совершенным методам борьбы с паразитическими растениями, угрожающими сельскому хозяйству..
«Эти паразитические растения, которые мы изучаем из семейства заразихи, включают в себя одни из самых разрушительных сельскохозяйственных сорняков в мире», - сказал де Памфилис. «Открытие HGT действительно является частью наших усилий, направленных на то, чтобы попытаться лучше понять, как работают паразитические растения и как мы можем лучше контролировать их. Мы надеемся, что сможем использовать эту информацию, чтобы найти лучшие стратегии для создания или размножения устойчивых растений-хозяев».."
Исследователи, опубликовавшие свои выводы в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагают, что перенос может повысить способность паразитического растения вторгаться в своих хозяев и преодолевать защиту, которую хозяин создает, чтобы попытаться отразить атаки. HGT также может помочь снизить риск заражения паразитами.
В то время как горизонтальный перенос генов у менее сложных видов, таких как бактерии, является обычным явлением, большая часть эволюции более сложных организмов обусловлена половым обменом ДНК, наряду с мутациями и естественным отбором. Тем не менее, исследователи предполагают, что тесные пищевые связи растений-паразитов с их хозяевами могут увеличить шансы на то, что неповрежденные гены переместятся от хозяина в геном паразита, где он может быстро стать функциональным..
«Паразитические растения, по-видимому, имеют гораздо более высокую скорость горизонтального переноса генов, чем непаразитические растения, и мы думаем, что это из-за их очень тесной связи с хозяином», - сказал де Памфилис.
Корни паразита контактируют и проникают в хозяина, а затем начинают извлекать воду, сахара, минеральные питательные вещества и даже нуклеиновые кислоты, включая ДНК и РНК, добавил он.
«Итак, они крадут гены у своих растений-хозяев, включают их в геном, а затем очень часто возвращают эти гены в качестве оружия против хозяина», - сказал де Памфилис..
Фермеры во всем мире борются с этими видами паразитических растений, которых так много в некоторых регионах мира, что они становятся основной причиной потери урожая. По словам де Памфилиса, например, в странах Африки к югу от Сахары Striga, или ведьминый сорняк, является одним из самых разрушительных источников сельскохозяйственных потерь.
Чтобы обнаружить HGT в растениях, исследователи использовали данные, полученные в результате их совместных исследований, финансируемых Национальным научным фондом США - Проект генома паразитических растений - для создания эволюционных историй для тысяч генов паразитических растений. деПамфилис.
Исследователи сосредоточились на транскриптомах - выраженных последовательностях генов - трех паразитических растений: Triphysaria versicolor, также называемой клевером желтоклювой совы; Striga hermonthica, или гигантская колючка; и Phelipanche aegyptiaca, называемая египетской заразихой, а также непаразитическое растение Lindenbergia philippensis и геномные последовательности 22 других непаразитических растений. Поскольку исследователи рассматривали мРНК, которая может перемещаться между хозяевами и их паразитами, как возможный источник передачи, они проверили и повторно проверили данные, чтобы исключить экспериментального хозяина как источник генетического материала. Вместо этого они обнаружили, что чужеродные последовательности были получены из полных генов прошлых растений-хозяев и включены в геномы паразитических растений.
Будущие исследования могут изучить механизм горизонтального переноса генов, чтобы помочь разработать улучшенную защиту растений от паразитарных атак, сказал де Памфилис.