Некоторые растения не имеют зеленого пигмента и размножаются бесполым путем. Эти необычные особенности открывают важные знания о том, что определяет жизнь растений. Новое исследование с участием Университета Кобе изучило виды рода Balanophora, чтобы понять, как развиваются и выживают эти незеленые, бесполые растения.
Ботаник Кендзи Суэцугу из Университета Кобе утверждает, что его давняя цель –– переосмыслить истинное значение понятия «растение». Многие годы ученый очарован растениями, которые отказались от фотосинтеза, и стремится выявить изменения, происходящие в этом процессе. Виды Balanophora представляют собой крайний случай, поскольку они не фотосинтезируют, а вместо этого получают питательные вещества из корней растений-хозяев. Большую часть своей жизни они проводят под землей и появляются над поверхностью почвы только в период цветения, а некоторые виды размножаются исключительно бесполым путем. Существовали отдельные исследования изменений в геномах этих растений, их экологии и размножении, однако взаимосвязь между этими аспектами оставалась неизвестной.
Для восполнения этого пробела Суэцугу решил объединить три области исследований, которые ранее никогда не рассматривались вместе для Balanophora. Он стремился выяснить взаимосвязи между видами, изучить, как изменились их пластиды –– части растительных клеток, которые у зеленых растений служат «солнечными батареями», –– и определить, как их репродуктивные стратегии вписываются в экологический контекст. Ученый отмечает сложность работы: «Эти растения редки, встречаются очагами и часто ограничены крутыми, влажными лесами. Но многолетний опыт изучения Balanophora как в лабораторных, так и в полевых условиях, а также давние связи с местными натуралистами сделали этот проект возможным». Для расширения проекта Суэцугу сотрудничал с экспертами из Окинавского института науки и технологий, специализирующимися на сильно редуцированных геномах.
Исследование, опубликованное в журнале New Phytologist, сообщает, что все представители группы обладают значительно редуцированным пластидным геномом (ДНК, которая хранится не в ядре растительной клетки, а непосредственно в пластиде). Команда пришла к выводу, что это сокращение, вероятно, произошло у общего предка до того, как линия разделилась на несколько видов. Суэцугу подчеркивает: «Удивительно видеть, как сильно растение может сократить свой пластидный геном, который на первый взгляд выглядит так, будто пластид находится на грани исчезновения. Но при более детальном рассмотрении мы обнаружили, что многие белки по-прежнему транспортируются в пластид, показывая, что, хотя растение отказалось от фотосинтеза, пластид все еще является жизненно важной частью его метаболизма».
Исследователи также установили, что бесполое размножение, вероятно, возникало в пределах группы несколько раз. Их выводы предполагают, что растения могли развить способность производить семена без оплодотворения на ранних этапах, что помогло им колонизировать цепь островов, простирающуюся от материковой Японии через Окинаву до Тайваня. Суэцугу рассказывает: «За последнее десятилетие я изучал опыление и распространение семян Balanophora, где кулики-медведки и тараканы играют неожиданную роль, но я также заметил, что бесполое производство семян часто обеспечивало размножение, когда партнеров или опылителей было мало». У некоторых видов этот репродуктивный подход, возможно, стал основным способом получения потомства.
Для Суэцугу эта работа представляет собой важный шаг к пониманию того, как растения, которые больше не осуществляют фотосинтез, продолжают функционировать и выживать в естественных условиях. Ученый отмечает, что для того, кто провел много часов, наблюдая за этими растениями в темных, влажных лесах, видеть, как их история раскрывается на геномном уровне, глубоко удовлетворяет. Следующая цель исследователя –– связать эти результаты с биохимическими измерениями, чтобы выяснить, что на самом деле производят пластиды Balanophora и как эти продукты помогают поддерживать рост паразитических растений в корнях их хозяев.
Это исследование было профинансировано Японским обществом содействия развитию науки (грант 23K14256), Программой пограничных исследований человека (грант RGEC29/2024), Японским агентством по науке и технологиям (гранты JPMJPR21D6, JPMJFR2339) и Национальным советом по науке и технологиям Тайваня (грант 109-2311-B-845-001). Оно проводилось в сотрудничестве с исследователями из Окинавского института науки и технологий и Университета Тайбэя.
