一种极端程度的基因组萎缩：这种寄生植物说服寄主长成自己

　　根据《自然植物》杂志上的一项新研究，Balanophora在进化成流线型寄生植物的过程中失去了三分之一的基因——即使在寄生虫中，这也是一种极端程度的基因组萎缩。在这个过程中，这种亚热带植物发展出了诱导寄主植物生长成寄生虫自己的肉形成嵌合器官的能力，这种器官混合了寄主和寄生虫的组织。

　　

如果你碰巧在森林的角落里看到balanoporaceae家族的植物，你可能很容易把它们误认为是生长在树根周围的真菌。它们的蘑菇状结构实际上是花序，由微小的花朵组成。但与其他一些将吸器延伸到寄主组织中以窃取营养的寄生植物不同，Balanophora诱导寄主植物的维管系统生长成块茎，形成一个独特的地下器官，其中混合了寄主-寄生虫组织。这个嵌合块茎是Balanophora从宿主植物中窃取营养物质的界面。

但是，这些亚热带极端寄生植物是如何进化成现在的形态的，引起了华大基因研究所(BGI Research)的科学家、本周发表在《自然植物》(Nature plants)上的一项新研究的主要作者Xiaoli Chen博士的兴趣。陈博士和他的同事们——包括英属哥伦比亚大学的植物学家肖恩·格雷厄姆博士——比较了Balanophora和Sapria的基因组，Sapria是Rafflesiaceae家族的另一种极端寄生植物，具有非常不同的营养体。这项研究表明，红辣椒和凤仙花在进化成全寄生植物的过程中，分别失去了38%和28%的基因组，这是开花植物基因组萎缩的记录。

Chen博士说:“在Balanophora和Sapria中观察到的相似但独立的基因损失的程度是惊人的，”。“这表明全寄生谱系的遗传进化具有很强的趋同性，尽管它们的生活史和外表截然不同，尽管它们是从不同的光合植物群进化而来的。”

研究人员发现，在Balanophora和Sapria中，与光合作用相关的基因几乎全部丢失，这与光合作用能力的丧失是一致的。但这项研究也揭示了与其他关键生物过程有关的基因的缺失——根系发育、氮吸收和开花发育的调节。这些寄生虫已经脱落或压缩了通常在绿色植物中发现的大部分基因家族——大量的重复基因植物倾向于执行相关的生物功能。这支持了寄生虫只保留那些必需的基因或基因拷贝的观点。最令人惊讶的是，与一种主要的植物激素——脱落酸(ABA)的合成相关的基因，负责植物的应激反应和信号传导，在巴拉诺和红椒中同时丢失。

尽管如此，研究人员仍然记录了Balanophora开花茎中ABA激素的积累，并发现参与ABA信号反应的基因仍然保留在寄生虫中。

“在Balanophora中丢失的大部分基因可能与绿色植物的基本功能有关，而这些功能在寄生虫中已经变得不必要了，也就是说，在某些情况下，基因丢失实际上是有益的，而不是简单地反映了功能的丧失。它们整个ABA生物合成途径的丧失可能是一个很好的例子。这可能有助于它们与寄主植物保持生理同步。这需要在未来进行测试。”

该项目旨在对10,000种植物的基因组进行测序。对寄生植物的研究加深了我们对巨大的基因组变化和寄生植物与其宿主之间复杂相互作用的理解。基因组数据为寄生植物依赖宿主的进化和遗传机制以及它们如何操纵宿主植物生存提供了有价值的见解。

文章标题

Balanophora genomes display massively convergent evolution with other extreme holoparasites and provide novel insights into parasite–host interactions