Как растительный паразит «подслушивает» своего хозяина

Род растений Cuscuta насчитывает более 200 видов, их можно найти почти по всему миру.

Паразиты, известные как повилика, но также называемые «дьявольскими волосами», прикрепляются к своим хозяевам через специальный орган, гаусторий, поглощая из них питательные вещества. У них нет ни корней, ни листьев.

Без листьев растения повилики практически не способны фотосинтезировать. Без корней они не могут добывать питательные вещества и воду из почвы. С другой стороны, они интегрированы во внутреннюю коммуникационную сеть своих зеленых хозяев и могут даже передавать предупреждающие сигналы с растения на растение.

Группа ученых во главе с Цзяньцян Ву, экспертом из Китайской академии наук, решила выяснить, как паразитам удается синхронизировать цветение со своими хозяевами. Они заметили, что растения австралийской повилики (Cuscuta australis) приспособили время своего цветения к времени цветения соответствующих видов растений-хозяев.

«Время цветения контролируется листьями, так как листья могут улавливать сигналы окружающей среды и синтезировать сигнал цветения - белок FLOWERING LOCUS T (FT), который проходит через сосудистую систему растения. Поэтому мы задались вопросом, как безлистный паразит, такой как Cuscuta australis контролирует время своего цветения», - говорит ведущий исследователь Цзяньцян Ву.

В 2018 году его команда секвенировала геном C. australis и обнаружила, что многие гены, важные для регуляции времени цветения, потеряны в геноме C. australis. Следовательно, C. Australis не может активировать собственный механизм цветения.

Основываясь на том факте, что белки FT являются мобильными сигналами, ученые выдвинули гипотезу, что повилика «подслушивает» сигналы, производимые листьями хозяина, и использует их для производства собственных цветов.

Чтобы доказать сценарий подслушивания, исследователи использовали генетически модифицированные растения-хозяева, в которых была изменена экспрессия генов FT, и это действительно повлияло на время цветения паразита. Они также соединили белок FT с зеленым флуоресцентным белком (GFP) в качестве метки и обнаружили сигнал, стимулирующий цветок растения-хозяина у паразита: меченый белок FT мигрировал от хозяина к паразиту.

Для повилики это важный механизм, так как при цветении позже, чем у хозяина, она не в состоянии производить семена, поскольку питательные вещества в хозяине быстро истощаются репродуктивными тканями. Растение-хозяин также может отмереть, прежде чем паразит начнет производить семена. Однако, если повилика зацветает слишком рано, ее рост преждевременно прекращается, и она не дает желаемое количество семян.

Регрессивная эволюция: потеря генов как преимущество

В ходе эволюции паразиты растений утратили определенные черты и «перешли на аутсорсинг» физиологических процессов. В результате могут быть потеряны различные гены в их геномах.

«Эта работа доказывает, что для паразита растений потеря контроля над процессами цветения может быть выгодной, поскольку позволяет паразиту перехватывать мобильные сигналы цветения своего хозяина для собственного использования. Он может легко синхронизировать свою физиологию с физиологией своего хозяина», говорит соавтор работы Ян Болдуин, директор отдела молекулярной экологии Института химической экологии Макса Планка.

Таким образом, из-за потери гена повилика лучше адаптируется к паразитическому образу жизни.

(Источник: www.eurekalert.org).