Исследовательская группа из японского университета Кобе и других учреждений недавно опубликовала последние результаты, сосредоточив внимание на типе экзотического растения, которое живет почти полностью под землей - баланофора, показывая, как эти растения, которые давно отказались от фотосинтеза, а некоторые виды почти даже не размножаются половым путем, все еще успешно выживают и распространяются в природных экосистемах.
Исследование показало, что змеиное растение не использует хлоропласты для фотосинтеза для получения энергии, как типичные растения. Вместо этого он действует как растение-паразит, внедряя свои гаустории глубоко в корни других растений и напрямую поглощая питательные вещества, предоставляемые хозяином. Большую часть времени он прячется в темной и влажной подлесковой почве и «появляется» лишь ненадолго во время сезона цветения. Еще более экстремально то, что некоторые из этих видов почти полностью перешли к бесполому размножению, продолжая свою популяцию исключительно за счет семян, образующихся без оплодотворения.
Кенджи Суэцугу, ботаник из Университета Кобе, сказал, что его долгосрочная цель — «переосмыслить истинное значение понятия «растение». Поэтому его особенно восхищают те растения, которые отказались от фотосинтеза. Он надеется прояснить посредством изучения змей-змей, какие глубокие изменения произошли в геноме, клеточной структуре и методах размножения растений во время этого драматического процесса эволюции.
Одним из основных направлений данного исследования является первая систематическая интеграция филогенетических взаимоотношений, эволюции пластидного генома и соответствия между его репродуктивными стратегиями и условиями обитания змеи-змеи. Исследовательская группа отметила, что, хотя в прошлом спорадические работы были сосредоточены на методах редукции их генома, экологической адаптации или размножения, эти три подсказки не были всесторонне изучены в рамках одной и той же структуры.
Исследователи накопили большое количество образцов за годы полевых работ в крутых и влажных горных лесах и полагались на долгосрочное сотрудничество с местными наблюдателями за природой. В то же время они сотрудничали с исследовательскими группами, специализирующимися на сильно редуцированных геномах, в Окинавском институте науки и технологий последипломного университета и других учреждениях, чтобы завершить филогению и анализ пластидного генома нескольких видов змеиных грибов. Результаты показывают, что все протестированные виды обладают чрезвычайно «тонкими» пластидными геномами, причем эта «минимизация» произошла во времена общего предка этой группы и впоследствии дифференцировалась в различные существующие виды.
На первый взгляд кажется, что эти пластиды находятся на грани «исчезновения», но дальнейший анализ показал, что большое количество белков все еще синтезируется и транспортируется в пластиды, указывая на то, что, хотя фотосинтетическая функция полностью заброшена, пластиды по-прежнему играют ключевую роль в метаболическом процессе и по-прежнему являются одной из незаменимых основных структур растительных клеток. Таким образом, исследовательская группа считает, что змея-змея демонстрирует крайний пример «сохранения основных метаболических функций пластиды при условии максимального сжатия генома», что дает важные подсказки для понимания границы между сохранением и потерей функций растительных органелл.
В отличие от общей потери фотосинтеза, исследование показало, что способность к бесполому размножению — это особенность, которая несколько раз независимо развивалась у змеи-змеи. Команда предполагает, что способность напрямую формировать семена бесполым путем в отсутствие опылителей или спаривающихся особей, возможно, сыграла ключевую роль в раннем распространении этого таксона, позволив ему охватить ряд островных и горных территорий от Хонсю, Япония, через Окинаву до Тайваня.
Кенджи Суэцугу отметил, что его исследования опыления змееголовов и распространения семян за последнее десятилетие показали, что, казалось бы, «незаметные» членистоногие, такие как верблюжьи сверчки и тараканы, играют неожиданно важную роль в опылении и распространении. Однако в средах, где опылители редки или особи крайне рассеяны, бесполое плодоношение часто становится «запасным» механизмом, обеспечивающим репродуктивный успех, и постепенно превратилось в основной или даже почти единственный способ размножения у некоторых видов.
Исследование под названием «Филогенетическая геномика проясняет эволюционную историю змеи, метаболическую задержку редуцированных пластид и происхождение облигатного апомиксиса» было опубликовано в ботаническом журнале «Новый фитолог». Работа не только открывает новую перспективу для понимания того, как нефотосинтезирующие паразитические растения поддерживают функции органелл, адаптируются к экологическим нишам и оптимизируют репродуктивные стратегии, но также рассматривается как важная основа для дальнейшего анализа механизма взаимодействия между паразитическими растениями и их хозяевами.
Кенджи Суэцугу сказал, что для таких людей, как он, которые долгое время отслеживали эти подземные растения в темных и влажных лесах, особенно важно видеть, как их «история» постепенно собирается воедино на уровне генома. Следующим шагом исследования будет попытка объединить эти геномные результаты с конкретными измерениями биохимического метаболизма, чтобы выяснить, какие метаболиты производят змеиные пластиды и как эти продукты помогают им расти внутри корневой системы хозяина и поддерживать паразитический образ жизни.
Составлено из /ScitechDaily