Биологи нашли у растений "гены хищничества"

Учёные обнаружили, что все хищные растения, даже неродственные между собой, используют одни и те же гены, чтобы их листья могли ловить и "переваривать" добычу.

Хищные растения относятся к самым разным систематическим группам и развили способности охотиться и переваривать мелких животных независимо друг от друга. Однако двигались они сходными путями и в итоге используют для хищничества одни и те же гены. К таким выводам пришли авторы новой работы, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution.

Плотоядные растения используют видоизменённые листья, чтобы привлекать, ловить и переваривать небольших животных. Известны сотни их видов, относящихся к разным группам покрытосеменных растений, которые разделяют сотни миллионов лет независимой эволюции: друг другу они не ближе, чем собаки змеям. Считается, что и хищничество у разных растений развилось независимо, а их внешнее сходство объясняется конвергенцией, сближением далёких видов, которые используют одинаковые адаптации для выживания. Пример конвергенции — иглы, независимо возникшие у ежей и дикобразов.

Биологи из Японии и США, работая во главе с Мицуяси Хасебе (Mitsuyasu Hasebe) из Национального института фундаментальной биологии в Окасаке, исследовали произрастающее в Австралии плотоядное травянистое растение Cephalotus follicularis. Цефалот развивает два типа листьев: обычные, плоские и фотосинтезирующие, и "насекомоядные", которые образуют глубокие ловушки, напоминающие кувшинчик. Покрытые липким секретом "кувшинчики" выделяют белковый коктейль, переваривающий жертву. Сравнение активности генов у листьев разного типа на одном растении позволяет выяснить генетические основы хищничества.

Ученые секвенировали ДНК цефалота, определив в нем более 36 тысяч генов. Проанализировав их, удалось определить, какие из генов кодируют белки, участвующие в переваривании добычи — например, хитиназы (расщепляющие хитин экзоскелета насекомых) и кислые фосфатазы (необходимые для усваивания фосфора). Развитие листа по тому или иному сценарию запускается под действием температуры. При её понижении на растении формируются "хищные" листья, которые синтезируют пищеварительные ферменты, липкий секрет и привлекающий насекомых нектар, особенно богатый сахарами. Стимулируя формирование тех или других листьев, учёные выделили гены, которые необходимы цефалоту для питания животной пищей.

Затем авторы сравнили геном цефалота с уже известными данными по генотипам других плотоядных растений — североамериканской саррацении (Sarracenia purpurea), австралийской росянки Адели (Drosera adelae) и азиатского непентеса (Nepenthes alata). Это позволило найти у них десятки сходных генов, кодирующих пищеварительные ферменты. Несмотря на внушительное эволюционное расстояние между этими растениями, все они пошли сходными путями, адаптировав для хищничества одни и те же белки, которые у их обычных, неплотоядных, родственников участвуют в стрессовом ответе.

Учёные считают, что стимул к развитию плотоядности у растений разных групп был одним и тем же — это нехватка питательных веществ. Это заставило их обратиться к животным как к источнику азота, фосфора и других "удобрений". Развивая новые хищнические способности, растения разных групп шли параллельными путями, образуя не только внешне сходные ловушки, но и близкие по составу "коктейли" переваривающих белков, и даже используя почти одинаковые генетические механизмы их эволюции. Эволюция их развивалась конвергентно на всех уровнях — от формы ловушки до изменений в регуляции работы генов.