Het genoom van Sapria himalayana is vol met genverlies en diefstal
![Sapria himalayana-bloem](https://www.sciencenews.org/wp-content/uploads/2021/02/020521_jb_plant-genome_feat-1030x580.jpg)
Sapria himalayana, een inheems in Zuidoost-Azië, is een endoparasiet die jarenlang in zijn wijngaard leeft voordat hij tevoorschijn kwam als een gespikkelde bloem met een doorsnede van 20 centimeter.
Het grootste deel van hun leven planten in de Sapria geslacht zijn nauwelijks iets – dunne linten van parasitaire cellen die zich in wijnstokken in de regenwouden van Zuidoost-Azië kronkelen. Ze worden pas zichtbaar als ze zich voortplanten en barsten uit hun gastheer als een bloem ter grootte van een dinerbord die naar rottend vlees ruikt.
Nu onthult nieuw onderzoek naar het genetische instructieboek van deze zeldzame plant hoe ver het is gegaan om een gespecialiseerde parasiet te worden. De bevindingen, gepubliceerd op 22 januari in Huidige biologie, suggereren dat ten minste één soort van Sapria heeft verloor bijna de helft van de genen vaak aangetroffen in andere bloeiende planten en vele anderen rechtstreeks van de gastheren gestolen.
De opnieuw bedrade genetica van de plant weerspiegelt zijn bizarre biologie. Sapria en zijn verwanten in de familie Rafflesiaceae hebben hun stengels, wortels en eventueel fotosynthetisch weefsel weggegooid.
‘Als je in het bos in Borneo bent en deze [plants] produceren geen bloemen, je zult niet eens weten dat ze er zijn ”, zegt Charles Davis, een evolutiebioloog aan de Harvard University.
Davis bestudeert al jaren de evolutie van deze groep buitenaardse parasieten, waaronder de grootste bloem ter wereld, Rafflesia arnoldii SN: 10/01/07 Toen sommige genetische gegevens een nauwe relatie lieten zien tussen deze parasieten en hun wijnstokgastheren, vermoedde Davis horizontale genoverdracht. Dat is waar genen rechtstreeks van de ene soort naar de andere gaan – in dit geval van gastheer naar parasiet. Maar niemand had het genoom – het volledige genetische instructieboek – voor deze planten ontcijferd.
Dus hebben Davis en zijn team vele miljoenen stukjes van Sapria himalayana‘s genoom, ze samenvoegen tot een samenhangend beeld. Toen het team het genoom analyseerde, ontdekten ze een overvloed aan eigenaardigheden.
Ongeveer 44 procent van de genen die in de meeste bloeiende planten werden aangetroffen, ontbraken in S. himalayana Maar tegelijkertijd is het genoom ongeveer 55.000 genen lang, meer dan dat van sommige andere niet-parasitaire planten. De telling wordt opgeblazen door veel herhalende DNA-segmenten, ontdekte het team.
Verlies van de chlorofylpigmenten die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese komt veel voor bij parasitaire planten die voor hun levensonderhoud afhankelijk zijn van hun gastheren. Maar S. himalayana lijkt zelfs alle genetische overblijfselen van de chloroplasten, de cellulaire structuren waar fotosynthese plaatsvindt, te hebben geschrapt.
Chloroplasten hebben hun eigen genoom, dat verschilt van het nucleaire genoom dat de cellen van een plant bestuurt en de mitochondriën die energie voor de cellen produceren. S. himalayana lijkt dit genoom helemaal te hebben verloren, wat suggereert dat de plant de laatste overblijfselen van zijn voorouderlijk leven heeft gezuiverd waardoor het zijn eigen voedsel kon maken.
“Er is geen ander geval” van een verlaten chloroplastgenoom onder planten, zegt Davis. Eerder werk van andere onderzoekers had gesuggereerd dat het genoom mogelijk ontbreekt “Ons werk bevestigt duidelijk dat het inderdaad helemaal weg is”, zegt hij, erop wijzend dat zelfs genen erin zitten S. himalayanaHet nucleaire genoom dat componenten van het chloroplastgenoom zou reguleren, is verdwenen.
Het is misschien te vroeg om te verklaren dat het chloroplastgenoom volledig ontbreekt, waarschuwt Alex Twyford, een evolutiebioloog aan de Universiteit van Edinburgh die niet bij dit onderzoek betrokken was. Het kan moeilijk zijn om definitief te bewijzen dat het genoom verdwenen is, zegt hij, vooral als de chloroplast “ongebruikelijk is in zijn structuur of overvloed” en daarom moeilijk te identificeren is.
Van de resterende delen van het nucleaire genoom ontdekte het team ook dat meer dan 1 procent van S. himalayanaHet genoom is afkomstig van genen die zijn gestolen van andere planten, waarschijnlijk de huidige en voorouderlijke gastheren.
De potentiële omvang van het verdwenen genoom en het volume van zich herhalende stukjes DNA zijn “krankzinnig”, zegt Arjan Banerjee, een bioloog aan de Universiteit van Toronto, Mississauga, die ook niet bij deze studie betrokken was. De “industriële schaal” van de genendiefstal van de plant is ook indrukwekkend, zegt hij.
Er zitten nog genoeg rare elementen in S. himalayana‘s genoom te verkennen, zegt co-auteur Tim Sackton, een evolutiebioloog ook aan Harvard. De plant heeft bijvoorbeeld zijn genoom opgeblazen met vreemd DNA, terwijl de meeste parasieten hun genomen stroomlijnen. “Er is iets vreemds en anders aan de hand bij deze soort”, zegt hij, eraan toevoegend dat veel van de DNA-fragmenten die de parasitaire plant van zijn gastheer steelt, geen genen lijken te coderen en waarschijnlijk niets belangrijks doen.
De nieuwe ontdekking illustreert het niveau van toewijding S. himalayana en zijn familieleden hebben zich toegelegd op het ontwikkelen van een parasitaire levensstijl en bieden een vergelijking met andere extreme plantparasieten (SN: 31-7-20 En voor Davis houden planten van S. himalayana kan onderzoekers helpen bepaalde grenzen van de biologie te bepalen. Deze planten hebben de helft van hun genen verloren, maar ze overleven nog steeds, merkt hij op. “Misschien vertellen deze organismen die de grenzen van het bestaan verleggen ons iets over hoe ver de regels kunnen worden gebogen voordat ze kunnen worden overtreden.”