Plantele parazite sunt plante extraordinare, cu fiziologie, ecologie și istorie evolutivă unice, despre a căror origine și evoluție se cunosc puține lucruri. Inițial, unele plante autotrofe au evoluat pentru a deveni plante facultativ semiparazite, care își obțineau doar apa și mineralele de la plantele-gazdă. Apoi unele dintre aceste plante au devenit obligat parazite, depinzând în totalitate de gazdele lor. Treptat, plantele holoparazite au evoluat din plantele obligat parazite și și-au pierdut complet capacitatea de fotosinteză.
La angiosperme, plantele parazite au evoluat independent de 12 sau 13 ori. La opt descendențe de plante parazite, speciile semiparazite au devenit extincte, rămănând doar cele holoparazite. Totuși, familia Orobanchaceae (cea mai mare familie de plante parazite) cuprinde plante autotrofe și parazite cu toate gradele de parazitism. De aceea această familie este cea mai potrivită pentru studierea originii și evoluției parazitismului la plante.
Cercetătorii de la Institutul Botanic Kunming al Academiei de Științe din China au secvențiat recent genomurile de referință ale plantelor orobanchacee: autotrofa Lindenbergia luchensis și două specii holoparazite importante din punct de vedere economic – Orobanche cumana și Phelipanche aegyptiaca.
Prin coroborarea acestor acestor genomuri nou secvențiate cu datele existente, cercetătorii au efectuat cea mai extinsă analiză comparativă genomică de la plantele parazite, ceea ce a dezvăluit evoluția genomurilor parazite ale plantelor din familia Orobanchaceae.
Oamenii de știință au descoperit că, spre deosebire de cuscută, orobanchaceele nu au trecut printr-o fază de contracție dramatică a mărimii genomului și numărului de gene. În schimb, orobachaceele semiparazite și holoparazite aveau genomuri mai mari și gene mai numeroase decât autotrofa Lindenbergia luchensis.
Haustorul este un organ unic al plantelor parazite, care le permite să stabilească o conexiune fizică cu gazdele lor, astfel încât să poată trăi ca parazit. Cercetătorii au identificat gene exprimate puternic la nivelul haustorilor de la diferite plante parazite și au descoperit că acestea au suferit, de asemenea, expansiuni dramatice.
Au existat două perioade notabile de expansiune a genelor. Una a fost cauzată de evenimentul de paleopoliploidie care a avut loc în urmă cu 73,48 milioane de ani, înainte de apariția parazitismului, iar cealaltă a fost cauzată de o duplicare independentă după divergența fiecărei specii de plante parazite. Evenimentul de paleopoliploidie a jucat un rol important în originea haustorilor, deși a avut loc cu 35 de milioane de ani înainte de apariția parazitismului.
Analiza evoluției familiilor de gene a arătat că aceste plante parazite au trecut prin perioade de contracție și expansiune a genomurilor lor. Pierderea genelor a devenit mai severă pe măsură ce gradul de parazitare a crescut: de la o pierdere genetică de 2-3% la speciile facultativ semiparazite la o pierdere de 6-7% la speciile obligat semiparazite și la o pierdere de 13-15% la speciile holoparazite.
Mai mult de jumătate dintre genele pierdute de Orobanchaceae erau identice cu cele ale cuscutei, o plantă parazită cu o origine complet diferită. Cea mai mare parte a acestor gene erau implicate în fotosinteză și funcționarea cloroplastelor.
Pierderea distinctivă a genelor a fost legată în principal de cele două forme diferite de parazitism: parazitismul tulpinii și parazitismul rădăcinilor. Orobanchaceele și-au pierdut mai multe gene legate de fotosinteză, în timp ce cuscuta și-a pierdut mai multe gene legate de funcționarea sistemului radicular.
Studiul susține modelul evoluției în trei etape a genomului plantelor parazite: (1) dezvoltarea haustorilor, care a permis conexiunea fizică între parazit și gazdă; (2) după apariția haustorilor, plantele parazite au început să-și piardă din genele de care nu mai aveau nevoie; (3) plantele parazite au evoluat pentru a se adapta la gazdele lor specifice.
Sursa: Phys.org