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(huì)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(gè)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(zhǎng)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(gè)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(duì)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(gè)迷人例子，隨著時(shí)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(shí)可能會(huì)惠及東道主太;這是一個(gè)進(jìn)化的神奇驅(qū)動(dòng)力.

但是，當(dāng)你從另一個(gè)有機(jī)體中吸取生命時(shí)，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(gè)非常極端的例子。隨著時(shí)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(hào)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(hào)。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(jiǎn)單地反映功能喪失。它們整個(gè)脫落酸生物合成途徑的喪失可能就是一個(gè)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(cè)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(duì)寄生蟲生活方式的適應(yīng)。這是一個(gè)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(duì)寄生植物的研究加深了我們對(duì)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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