Eine faszinierende parasitäre Pflanze, die in Büscheln rund um die Basis von Bäumen lauert, hat ihre Lebensstrategie so gut optimiert, dass sie fast ein Drittel ihres Genoms beschneiden konnte.
Die Gattung, bekannt als Balanophoraceae, könnte mit einem seltsamen, fleischigen, rosafarbenen Pilz verwechselt werden, der fast phallisch aus der Laubstreu ragt. Mit einem stechenden Geruch, der dem von Fleischfäule ähnelt, ist der Parasit alles andere als pflanzlich.
Aber was wie ein Pilzhut aussieht, ist in Wirklichkeit ein Blütenkopf, dessen Wurzeln eng mit denen des Baumes verflochten sind, unter dem er lauert – eine erfolgreiche parasitäre Beziehung, wo Balanophora schlürft Nährstoffe vom anderen Organismus.
Unter der Leitung des Genetikers Xiaoli Chen von BGI Research in China entdeckte ein Wissenschaftlerteam, dass sich ein als Haustorium bekanntes Wachstum nicht auf seinen Wirt ausdehnt, um Nährstoffe zu stehlen, wie es andere Pflanzenparasiten tun. Balanophora vermischt sein Fleisch mit dem Gefäßsystem seines Wirts unter Tage in einem knollenartigen Organ. Dieses Organ ist eine chimäre Struktur, in der sich das genetische Material von Wirt und Parasit vermischt.
Zusätzlich, BalanophoraDie Genomreduktion von s – selbst für einen Parasiten extrem – ähnelt stark der von Sapria: eine andere, aber sehr unterschiedliche Gattung parasitärer Pflanzen. Dies ist ein faszinierendes Beispiel für konvergente Evolution, bei der sehr unterschiedliche Organismen im Laufe der Zeit unabhängig voneinander sehr ähnliche Merkmale entwickeln.
„Das Ausmaß ähnlicher, aber unabhängiger Genverluste, die in beobachtet wurden Balanophora Und Sapria ist auffällig“, sagt Chen. „Es deutet auf eine sehr starke Konvergenz in der genetischen Evolution holoparasitischer Abstammungslinien hin, trotz ihrer äußerlich unterschiedlichen Lebensgeschichte und Erscheinung und obwohl sie sich aus verschiedenen Gruppen photosynthetischer Pflanzen entwickelt haben.“
Parasiten sind wirklich wunderbare Dinge. Ihre Überlebensstrategie besteht darin, andere Arten zu finden, denen es gut geht, und auf verschiedene Weise davon für sich selbst zu profitieren. Dies kann manchmal auch dem Gastgeber zugute kommen; und es ist ein fantastischer Treiber der Evolution.
Aber wenn Sie einem anderen Organismus das Leben rauben, benötigen Sie möglicherweise nicht unbedingt alle biologischen Funktionen, mit denen Sie begonnen haben, bevor Sie sich einem kriminellen Leben zuwenden. Viele Pflanzenparasiten haben sich so entwickelt, dass sie stark von ihren Wirten abhängig sind, und ihre Genome sind entsprechend geschrumpft.
Parasiten mögen Balanophora Und Sapria werden als Obligat- oder Holoparasiten bezeichnet und sind völlig von ihrem Wirt abhängig. Beide haben sogar die Fähigkeit zur Photosynthese verloren, über die grüne Pflanzen ihre Nährstoffe erhalten.
Chen wollte wissen, wie diese Pflanzen zu ihrer heutigen Form kamen und beschloss, sich ihre Genome genauer anzusehen.
Das wurde schnell cool … und seltsam. Sapria ist ein ziemlich extremes Beispiel für einen Holoparasiten. Im Laufe der Zeit hat es 38 Prozent seines Genoms verloren. Aber Balanophora ist nicht weit dahinter. Es hat beachtliche 28 Prozent seines Genoms verloren.
Noch auffälliger ist, dass beide Parasiten einen ähnlichen Satz an Genen verloren haben. Die Gewinnung von Nährstoffen von einem Wirt bedeutet, dass die an der Photosynthese beteiligten Gene nicht mehr benötigt werden. Die beiden Parasiten haben auch Gene im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel beibehalten; Sie benötigen immer noch Mittel zur Verarbeitung der gestohlenen Nährstoffe.
Interessanterweise fanden die Forscher heraus, dass beide Pflanzen die Gene für die Synthese von Abscisinsäure verloren haben, einem Hormon, das Pflanzen für Signalübertragungen und Stressreaktionen verwenden. Aber während Balonophora Es kann keine Abscisinsäure herstellen, kann sie aber dennoch zur Signalübertragung verwenden. Dies deutet darauf hin, dass möglicherweise Gene verloren gegangen sind, die sich mit einigen Wirtsfunktionen überschneiden würden, um den Wirt nicht zu schädigen.
„Der Großteil der verlorenen Gene in Balanophora hängen wahrscheinlich mit Funktionen zusammen, die in grünen Pflanzen essentiell sind, die bei den Parasiten funktionell überflüssig geworden sind“, sagt der Botaniker Sean Graham von der University of British Columbia.
„Dennoch gibt es wahrscheinlich Fälle, in denen der Genverlust tatsächlich von Vorteil war und nicht einfach einen Funktionsverlust widerspiegelte. Der Verlust ihres gesamten Abscisinsäure-Biosyntheseweges könnte ein gutes Beispiel sein. Er könnte ihnen helfen, die physiologische Synchronisation mit dem aufrechtzuerhalten.“ Wirtspflanzen. Dies muss in Zukunft getestet werden.“
Dies bedeutet, dass ein gewisser Genverlust bei Parasiten nicht nur ein Verlust unnötiger Funktionen ist, sondern eine Anpassung an den Lebensstil des Parasiten. Es ist eine faszinierende Entdeckung, die uns helfen könnte, besser zu verstehen, wie sich parasitäre und symbiotische Beziehungen zwischen Organismen entwickeln.
Das Team vermutet, dass andere holoparasitische Pflanzen ähnliche Merkmale aufweisen könnten, die nicht nur dabei helfen könnten, die Beziehungen zwischen Parasit und Wirt zu untersuchen, sondern auch, wie Pflanzen miteinander kommunizieren.
„Die Untersuchung parasitärer Pflanzen vertieft unser Verständnis dramatischer genomischer Veränderungen und der komplexen Wechselwirkungen zwischen parasitären Pflanzen und ihren Wirten“, sagt der Genetiker Huan Liu von BGI Research.
„Die Genomdaten liefern wertvolle Einblicke in die Evolution und die genetischen Mechanismen hinter der Abhängigkeit parasitärer Pflanzen von ihren Wirten und wie sie Wirtspflanzen manipulieren, um zu überleben.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturpflanzen.