Глубоко в лесах Восточной Азии учёные впервые детально описали геномы одного из самых необычных растений планеты — баланофоры. Это паразит, который давно отказался от фотосинтеза и живёт полностью за счёт других деревьев. Исследование проливает свет на то, как растения могут существовать без света и листьев, сохраняя при этом сложный метаболизм. Работа стала итогом многолетних полевых и геномных наблюдений. Об этом сообщает научное издание со ссылкой на исследователей Окинавского института науки и технологий.
Баланофора — голопаразит, полностью зависящий от растения-хозяина. Она не синтезирует органические вещества самостоятельно, не содержит хлорофилла и большую часть жизни проводит под землёй. Над поверхностью почвы появляются лишь короткоживущие цветочные побеги, похожие на красные шипы, которые туристы часто принимают за грибы.
В отличие от хвойных деревьев, сохраняющих упрощённый фотосинтез даже зимой, как показано в исследованиях о зимнем фотосинтезе хвойных, баланофора полностью утратила способность работать со светом. Это делает её крайним примером адаптации среди цветковых растений.
Исследование возглавила доктор Петра Светликова из Окинавского института науки и технологий (OIST). Её команда изучает, как паразитические растения теряют фотосинтез, но при этом сохраняют жизненно важные клеточные процессы.
Вместо обычной корневой системы баланофора формирует массивный подземный клубень. Его ткани буквально переплетаются с корнями дерева-хозяина, через которые растение получает воду, минералы и органический углерод. Подобная тесная интеграция с почвенной средой подчёркивает, насколько важна механика роста корней, которую сегодня активно изучают и у сельскохозяйственных культур, включая адаптацию корней риса к плотной почве.
Благодаря такому способу питания надземная часть баланофоры остаётся минимальной и появляется лишь на короткое время. Цветки и плоды собраны в плотные соцветия и содержат одни из самых маленьких цветущих структур среди покрытосеменных растений.
Геномный анализ показал, что баланофора сохранила пластиды — клеточные структуры, которые у обычных растений отвечают за фотосинтез. Здесь они утратили эту функцию, но продолжают участвовать в синтезе аминокислот, жирных кислот и витаминов. Несмотря на сильное сокращение ДНК, пластиды импортируют более 700 белков, необходимых для метаболизма.
"Биосинтез многих соединений, не связанных с фотосинтезом, оказался удивительно сохранённым", — отметил профессор, биолог OIST Филип Гусник.
Сравнение геномов показало, что предки баланофоры стали паразитами около 110 миллионов лет назад, в меловом периоде. Это делает семейство Balanophoraceae одной из самых древних известных линий паразитических цветковых растений. Эволюция пошла по пути сокращения генома и изменения способов размножения, но базовый метаболизм остался стабильным.
Некоторые популяции баланофоры способны образовывать семена без оплодотворения — через агамоспермию. Это крайне редкое явление среди цветковых растений. Одни линии сохраняют возможность полового размножения, другие полностью перешли на бесполый способ.
"Обильная агамоспермия чрезвычайно редка в растительном царстве", — подчёркивает доктор Светликова.
Генетические данные показывают, что асексуальность возникала независимо в разных островных популяциях, где изоляция и нехватка опылителей делали клонирование через семена эволюционно выгодным.
Для эволюционной биологии баланофора — наглядный пример того, насколько далеко может зайти сокращение генома, не разрушая жизнеспособность организма. Её пластиды демонстрируют, какие биохимические пути действительно необходимы растениям, а какие могут быть утрачены без фатальных последствий.
Обычные цветковые растения используют фотосинтез как основной источник энергии и углерода. Баланофора полностью отказалась от этого пути и перешла на паразитизм. Если у большинства растений пластиды богаты генами фотосинтеза, то у баланофоры они сведены к минимуму и работают как метаболические центры.
Паразитизм позволил баланофоре выживать в условиях слабого освещения и плотных лесов. Растение экономит ресурсы, не формируя листья и сложные надземные структуры.
. Преимущества включают снижение энергетических затрат и независимость от солнечного света.
. Среди минусов — жёсткая привязка к конкретным видам деревьев и высокая уязвимость к вырубке лесов.
. Потеря хозяина почти всегда означает гибель паразита.
Полевые ботаники фиксируют редкие появления цветоносов и собирают образцы.
Генетики секвенируют ДНК пластид и ядерный геном.
Биологи сравнивают данные с родственными видами для реконструкции эволюции.
Экологи оценивают связь растения с хозяевами и состоянием лесов.
Она утратила гены фотосинтеза в ходе эволюции и полностью перешла на питание за счёт растений-хозяев.
Основные популяции обнаружены в лесах Тайваня, Японии и на Окинаве, чаще всего в труднодоступных районах.
Сохранение лесов и деревьев-хозяев, так как без них баланофора не может существовать.