Как развивалось это загадочное существо-насекомоядное растение, которое захватывает и поедает насекомых?
Недавно учёные раскрыли последовательность генома плотоядного растения Fukuroyukinoshita и эволюцию пищеварительных ферментов, которые уничтожают пойманных насекомых.
Что это за хищное растение?
Плотоядные растения поглощают питательные вещества, такие как азот и фосфор, «поедая» насекомых. «Еда» означает использование листьев для привлечения, захвата, переваривания и поглощения мелкихнасекомых. Обычные растения поглощают эти питательные вещества из корней, но плотоядные растения поглощают их из насекомых, потому что они растут на плохо питательных почвах.
Растение, для ловли насекомых, использует лист. Его называют листом-ловушкой, но он происходит от зачатка листьев, растущих на кончике стебля, как обычный лист. Форма листьев ловушки для насекомых действительно разнообразна. Существуют различные способы ловли насекомых, и существуют различные способы их приклеивания,такие как тип мха для прилипания, ловушки с пятнистыми стручками и метод сэндвич-мухоловок.
Было анализировано уникальная форма ловушек для насекомых. В случае с обычными плоскими листьями, у листьев-ловушек контур формы отличается. Клетки делятся на границе между передним и задним краем листа. И лист растёт вбок путем деления, так что поверхность деления клетки становится перпендикулярной поверхности листа.
Так как же появился мешок для ловли мух?
Было обнаружено, что существует разница в направлении деления клеток у основания листьев. Компьютерное моделирование деления клеток показало, что на плоских листьях могут образовываться вмятины.
Однако, чтобы продолжить дальнейшие исследования на молекулярном уровне, важно проанализировать геном плотоядныхрастений, чтобы генетическая информация могла использоваться для анализа.
В качестве исследовательского материала была выбрана Fukuroyukinoshita.
Fukuroyukinoshita - это тип плотоядного растения, у которого в одном штамме есть как листья-ловушки насекомых, так и плоские листья (нормальные листья), и удобно сравнивать функции генов между листьями-ловушками и плоскими листьями.
Однако в нормальных условиях культивирования невозможно отделить листья-ловушки насекомых от плоских листьев. Однако на этот раз учёные сделали множество инноваций и преуспели в их создании, чтобы их можно было использовать в исследовательских целях.
В чем разница между листьями-ловушками и плоскими листьями?
Как листья-ловушки для насекомых, так и плоские листья происходят из зачатков листьев на кончике стебля. Поэтому исследовать гены, которые экспрессируются во время развития листьев-ловушек насекомых сложно.
Был проведён эксперимент, установив различные условия роста: такие как питание, солнечный свет и температура. В конце было обнаружено, что почти 100% растений были получены при температуре культивирования при непрерывном облучении белым светом. При 15 °C были получены только плоские листья, а при 25 ° C - только листья-ловушки.
От анализа генома до выяснения эволюции пищеварительного фермента
В мешочкообразных листьях насекомых, таких как Fukuroyukinoshita, хранится пищеварительный сок. Это прозрачная жидкость. Пищеварительная жидкость содержит несколько типов пищеварительных ферментов, которые разрушаются, когда насекомое попадает внутрь.
На этот раз, изучив как белки в пищеварительном соке, так и гены, экспрессируемые в листьях ловушек насекомых, обнаружили ген пищеварительного фермента и выявили его последовательность.
Кроме того, когда подробно рассмотрели последовательность этого гена, было подтверждено, что она необычна. Обычные растения (не хищные) также снабжены устойчивыми к болезням ферментами, которые убивают вирусы и бактерии, но пищеварительные ферменты плотоядных растений уже давно изменили свои устойчивые к болезням ферменты. До сих пор исследователи догадывались о некоторых ферментах, но на этот раз, проанализировав весь геном, смогли выявить почти все из них.
В мире известны сотни видов плотоядных растений, но их можно найти в пяти разных семенах покрытосеменных: рис, страус, корень, азалия и перилла. Другими словами, похожие признаки возникли независимо от растений разных штаммов, которые развивались совершенно отдельно, и это явление называется эволюцией конвергенции.
Существуют различные ограничения на функцию пищеварительных ферментов в пищеварительной жидкости листьев ловушек насекомых. Пищеварительная жидкость содержит ферменты, которые разлагают белки, поэтому сами пищеварительные ферменты не должны разлагаться и должны оставаться активными при комнатной температуре.
В результате изучения того, какие гены экспрессируются при вылове насекомых и плоских листьев, обнаружили много генов, которые, как считается, связаны с фагоцитозом, помимо пищеварительных ферментов. Это означает, что существует около 130 генов-кандидатов для определения формы листьев.