Согласно новому исследованию, паразитические сорняки могут красть гены у растений, на которых они паразитируют, а затем использовать эти гены против растения-хозяина.
Исследователи обнаружили 52 случая горизонтального переноса генов (ГПГ) от растения-хозяина к растению-паразиту. Впоследствии, как сообщил Клод де Памфилис (Claude de Pamphilis), профессор биологии из Университета штата Пенсильвания (The Pennsylvania State University), эти гены стали функциональными у паразитических растений семейства Заразиховые. Хотя перенос генов считается редким у большинства видов растений и других сложных видов, он случается у некоторых паразитических растений. Это открытие может привести к улучшению методов борьбы с паразитами сельскохозяйственных культур.
«К этим паразитическим растениям из семейства заразиховых относятся некоторые из самых вредоносных сорняков в мире, — рассказал де Памфилис. — Открытие горизонтального переноса — результат части наших усилий в попытке лучше понять, как действуют растения-паразиты и как мы можем лучше их контролировать. Мы надеемся, что сумеем использовать эту информацию, чтобы найти лучшую стратегию по выведению устойчивых к паразитам сортов».
Исследователи, опубликовавшие результаты в свежем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences, утверждают, что перенос генов может повышать способность паразитического растения преодолевать защиту хозяина. Горизонтальный перенос генов может также помочь снизить риск заражения паразитами.
Хотя горизонтальный перенос генов у менее сложных видов, таких как бактерии, широко распространён, эволюция более сложных организмов движется посредством полового обмена ДНК, наряду с мутациями и естественным отбором. Тем не менее, исследователи предполагают, что тесные связи паразитических растений с их хозяевами могут увеличить шансы интактных генов попасть от хозяина в геном паразита, где они могут быстро стать функциональными.
«Похоже, паразитические растения имеют значительно бо́льшую скорость горизонтального переноса генов, чем непаразитические, и мы считаем, что причина в их очень тесной связи с хозяином», — предположил де Памфилис.
Корни (гаустории) паразита проникают в хозяина, а затем начинают извлекать из его организма воду, сахара, минеральные питательные вещества и даже нуклеиновые кислоты, в том числе ДНК и РНК, добавил он.
По всему миру фермеры борются с этими видами паразитических растений, столь многочисленными в некоторых регионах, что они становятся основной причиной потерь урожая. В странах Африки к югу от Сахары, например, стрига — или ведьмин сорняк — это одна из самых разрушительных причин сельскохозяйственных потерь, по словам де Памфилиса.
Для обнаружения ГПГ у растений учёные использовали данные, полученные благодаря Проекту «Геном паразитических растений» (Parasitic Plant Genome Project), финансировавшемуся Национальным научным фондом США (U.S. National Science Foundation). Задача этого проекта — создание эволюционных историй тысяч генов паразитических растений.
Исследователи сосредоточились на транскриптоме (экспрессированных последовательностях генов) трёх паразитических растений — Triphysaria versicolor (англ. yellowbeak owl’s-clover), Striga hermonthica (гигантский ведьмин сорняк) и Phelipanche aegyptiaca (египетская заразиха), а также на геномных последовательностях двадцати трёх непаразитических растений и обнаружили в транскриптомах паразитов чужеродные последовательности, полученные из генов растений-хозяев и инкорпорированные в геномы растений-паразитов. Интересно, что большая часть генов, полученных в результате горизонтального переноса, экспрессируются в гаустории — органе паразита, проникающем в ткани хозяина. Вероятно, что заимствованные «хозяйские» гены участвуют в функционировании системы питания паразита.
Искусственный горизонтальный перенос генов используется в генной инженерии.
