Интригующая генетика, которая перевернула пищевую цепь, чтобы позволить хищным растениям охотиться на животных

Растения могут производить богатую энергией биомассу с помощью света, воды и углекислого газа. Вот почему они находятся в начале пищевой цепи. Но плотоядные растения перевернули эту цепь и охотятся на животных. Насекомые являются их основным источником пищи.

Публикация в журнале Current Biology теперь проливает свет на секретную жизнь зеленых хищников. Ученый Райнер Хедрич и эволюционный биоинформатик Йорг Шульц, оба из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) Вюрцбурга в Баварии, Германия, и их коллега Мицужасу Хасебе из Университета Окадзаки (Япония) расшифровали и проанализировали геномы трех плотоядных видов растений.

Они изучали мухоловку Венеры Dionaea muscipula, происходящую из Северной Америки, глобально встречающееся водно-колесное растение Aldrovanda vesiculosa и ложную росу Drosera spatulata, широко распространенную в Азии.

Все трое принадлежат к семье росянок. Тем не менее, каждый из них завоевал разные места обитания и разработал свои собственные механизмы отлова. У Дионеи и Альдрованды концы листьев превращаются в складные ловушки. Росянка, с другой стороны, прикрепляет свою жертву к поверхности листьев липкими щупальцами.

Основные гены плотоядного растения

Первое, что выяснила международная исследовательская группа, – это то, что, несмотря на разный образ жизни и механизмы захвата, мухоловка, солнечная роса и водяное колесо Венеры имеют общий базовый набор генов, которые необходимы для плотоядного образа жизни.

“Функция этих генов связана со способностью ощущать и переваривать хищных животных и использовать их питательные вещества”, – объясняет Райнер Хедрич.

“Мы смогли проследить происхождение генов плотоядных животных до события дублирования, которое произошло много миллионов лет назад в геноме последнего общего предка трех видов плотоядных”, – говорит Йорг Шульц. Дублирование всего генома обеспечило эволюцию идеальной игровой площадкой для разработки новых функций.

Генетическая бедность, несмотря на особый образ жизни

К их удивлению, исследователи обнаружили, что растениям не нужно особенно большое количество генов для плотоядного животного. Вместо этого три изученных вида на самом деле являются одними из самых известных бедных генами растений. У Дрозеры 18,111, у Дионеи 21,135 и у Алдрованды 25,123 генов. Напротив, большинство растений имеют от 30000 до 40000 генов.

Как это может быть согласовано с тем фактом, что для разработки новых способов жизни обычно требуется множество новых генов? “Это может означать только то, что специализация на кормах для животных сопровождалась увеличением количества генов, а также массивной потерей генов”, – заключает биолог-разработчик Хасебе.

Коренные гены активны в органах ловушек

Большинство генов, необходимых для ловушек насекомых, также обнаруживаются в слегка измененной форме в нормальных растениях. “У плотоядных растений несколько генов активны в ловушечных органах, которые у других растений оказывают свое влияние на корень. В органах-ловушках эти гены включаются только тогда, когда жертва находится в безопасности”, – объясняет Хедрич. Этот вывод согласуется с тем, что корни у мухоловки и солнечной росы Венеры значительно уменьшены. В водяном колесе они полностью отсутствуют.

Дальнейшие исследования функции улавливания

Исследователи теперь имеют представление об эволюции хищных растений и держат в своих руках три чертежа для этого конкретного образа жизни. Их следующая цель – еще лучше понять молекулярную основу функции улавливания.

“Мы обнаружили, что мухоловка Венеры считает электрические стимулы, вызванные добычей, может помнить это число в течение определенного времени и, наконец, принимает решение, соответствующее числу”, – говорит Хедрич. Теперь важно понять биофизико-биохимический принцип, согласно которому учитываются плотоядные растения.

По материалам Scitechdaily