奇怪的肉質(zhì)植物寄生蟲擁有迄今為止最奇怪的基因組之一

一種潛伏在樹基周圍的迷人寄生植物已經(jīng)優(yōu)化了它的生活策略，它已經(jīng)能夠修剪近三分之一的基因組。

該屬，被稱為蛇菰科，可能會被誤認(rèn)為是一種奇怪的、肉質(zhì)的、粉紅色的真菌，幾乎從落葉中伸出。帶有刺鼻的香氣類似于肉體腐爛，寄生蟲遠(yuǎn)非植物狀。

但看似蘑菇帽的東西實(shí)際上是一個花頭，它的根緊緊地纏繞在它潛伏在下面的樹的根上——這是一種成功的寄生關(guān)系，其中巴拉諾弗拉從其他生物體中吸取營養(yǎng)。

在中國華大基因研究的遺傳學(xué)家Xiaoli Chen的帶領(lǐng)下，一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)而不是延長一種被稱為豪斯托里姆進(jìn)入宿主，像其他植物寄生蟲一樣竊取營養(yǎng)，巴拉諾弗拉將其肉與宿主的血管系統(tǒng)混合在一起地下在塊莖狀器官中。該器官是一個嵌合結(jié)構(gòu)，宿主和寄生蟲遺傳物質(zhì)混合在一起。

另外巴拉諾弗拉的基因組還原 - 即使對于寄生蟲來說也是極端的 - 與薩普里亞：另一種但非常不同的寄生植物屬。這是趨同進(jìn)化的一個迷人例子，隨著時間的推移，非常不同的生物體分別發(fā)展出非常相似的特征。

“在巴拉諾弗拉和薩普里亞令人震驚，”陳 說.“它指出了全寄生譜系的遺傳進(jìn)化非常強(qiáng)烈的趨同性，盡管它們外表上有不同的生活史和外觀，盡管它們是從不同的光合植物群進(jìn)化而來的。

寄生蟲是奇妙的東西，真的。他們的生存策略是找到其他表現(xiàn)良好的物種，并以各種方式為自己獲得好處。這有時可能會惠及東道主太;這是一個進(jìn)化的神奇驅(qū)動力.

但是，當(dāng)你從另一個有機(jī)體中吸取生命時，你可能不一定需要你在轉(zhuǎn)向犯罪生活之前開始的所有生物功能。許多植物寄生蟲已經(jīng)進(jìn)化到高度依賴宿主，它們的基因組也相應(yīng)縮小。

寄生蟲，如巴拉諾弗拉和薩普里亞被稱為義務(wù)或全寄生蟲，并且完全依賴他們的宿主。兩者都失去了光合作用的能力，這就是綠色植物獲得養(yǎng)分的方式。

Chen想知道這些植物是如何形成現(xiàn)在的形態(tài)的，并決定仔細(xì)研究它們的基因組。

這很快就變酷了...而且很奇怪。薩普里亞是全寄生蟲的一個非常極端的例子。隨著時間的推移，它失去了38%的基因組。但巴拉諾弗拉也不甘落后。它已經(jīng)失去了相當(dāng)驚人的28%的基因組。

更引人注目的是，這兩種寄生蟲都失去了一組相似的基因。從宿主那里獲取營養(yǎng)意味著不再需要參與光合作用的基因。這兩種寄生蟲還保留了與新陳代謝相關(guān)的基因;他們?nèi)匀恍枰恍┓椒▉硖幚肀槐I的營養(yǎng)物質(zhì)。

有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)這兩種植物都失去了合成脫落酸的基因，脫落酸是植物用于信號傳導(dǎo)和應(yīng)激反應(yīng)的激素。但是雖然巴洛諾弗拉不能制造脫落酸，它仍然可以用它來發(fā)出信號。這表明它可能已經(jīng)失去了與某些宿主功能重疊的基因，以免傷害宿主。

“大多數(shù)丟失的基因巴拉諾弗拉可能與綠色植物的基本功能有關(guān)，這在寄生蟲中在功能上已經(jīng)變得不必要，”植物學(xué)家肖恩·格雷厄姆說不列顛哥倫比亞大學(xué)。

“也就是說，在某些情況下，基因損失實(shí)際上是有益的，而不是簡單地反映功能喪失。它們整個脫落酸生物合成途徑的喪失可能就是一個很好的例子。這可能有助于它們與寄主植物保持生理同步。這需要在未來進(jìn)行測試。

這意味著寄生蟲中的一些基因損失不僅僅是不必要的功能的喪失，而是對寄生蟲生活方式的適應(yīng)。這是一個引人入勝的發(fā)現(xiàn)，可以幫助我們更好地了解生物體之間的寄生和共生關(guān)系是如何演變的。

研究小組認(rèn)為，其他全寄生植物可能表現(xiàn)出類似的特征，不僅可以幫助研究寄生蟲 - 宿主關(guān)系，還可以幫助研究植物如何相互交流。

“對寄生植物的研究加深了我們對戲劇性基因組變化以及寄生植物與其宿主之間復(fù)雜相互作用的理解，”遺傳學(xué)家劉歡說華大基因研究。

“基因組數(shù)據(jù)為寄生植物依賴宿主背后的進(jìn)化和遺傳機(jī)制提供了有價(jià)值的見解，以及它們?nèi)绾尾倏v寄主植物生存。

該研究已發(fā)表在自然植物.

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