肉食植物的生活方式是有基因成本的

2020-12-02 109基因相关

植物可以在光、水和二氧化碳的帮助下,产生能量丰富的生物质。这就是为什么它们处于食物链的起点。但食肉植物却反过来猎杀动物。昆虫是它们的主要食物来源。

肉食植物的生活方式是有基因成本的

现在,《当代生物学》杂志上的一篇文章揭示了绿色食肉动物的秘密生活。来自德国巴伐利亚州朱利叶斯-马克西米利安大学维尔茨堡分校(JMU)的植物科学家Rainer Hedrich和进化生物信息学家Jörg Schultz,以及来自日本冈崎大学的Mitsujasu Hasebe,对三种食肉植物的基因组进行了破译和分析。

他们研究了原产于北美洲的金星捕蝇草Dionaea muscipula、全球分布的水轮植物Aldrovanda vesiculosa和广泛分布于亚洲的匙叶苏铁Drosera spatulata。

肉食植物的生活方式是有基因成本的。这三种植物都属于伞形科。然而,它们各自征服了不同的栖息地,并发展出自己的诱捕机制。在Dionaeaea和Aldrovanda中,叶子的末端变成了折叠式陷阱。麂子草则用粘性触角将猎物附着在叶面上。

肉食性的基本基因

国际研究小组首先发现,尽管金星捕蝇器、桑迪乌和水车的生活方式和捕猎机制不同,但它们有一套共同的 "基本基因",这些基因对肉食性生活方式至关重要。

"这些基因的功能与感知和消化猎物动物并利用其营养的能力有关,"Rainer Hedrich解释说。

"我们能够将食肉基因的起源追溯到几百万年前发生在三种食肉动物最后一个共同祖先基因组中的重复事件,"Jörg Schultz说。整个基因组的重复为进化提供了一个开发新功能的理想场地。

尽管有特殊的生活方式,但遗传性贫困

研究人员惊讶地发现,这些植物并不需要特别多的基因来进行食肉。相反,所研究的三个物种实际上是已知基因最贫乏的植物之一。Drosera有18111个,Dionaea有21135个,Aldrovanda有25123个基因。相比之下,大多数植物都有3万到4万个基因。

这怎么能与开发新的生命方式通常需要丰富的新基因这一事实相协调呢?"这只能说明,动物食物的专业化伴随着基因数量的增加,但也伴随着基因的大量流失。"发育生物学家Hasebe总结道。

根系基因在捕食器官中很活跃

诱虫器所需的大部分基因在正常植物中也以稍加改造的形式存在。"在食肉植物中,有几个基因在诱捕器官中活跃,而在其他植物中,这些基因在根部产生作用。在诱捕器官中,这些基因只有在猎物安全时才会开启。"海德里希解释道。这一发现与金星捕蝇草和水葫芦的根部大大减少的事实是一致的。在水轮中,它们完全不存在。

对诱捕功能的进一步研究

肉食植物的生活方式是有基因成本的。研究人员现在已经对植物的肉食性进化有了深入的了解,并掌握了这种特殊生命方式的三个蓝图。他们的下一个目标是更深入地了解诱捕功能的分子基础。

"我们发现,金星捕蝇器会对猎物引发的电刺激进行计数,并能在一定时间内记住这个数字,最后做出与这个数字相对应的决定。"海德里希说。现在,了解食肉植物据以计数的生物物理生化原理非常重要。

引用

University of Würzburg. "The carnivorous plant lifestyle is gene costly." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 May 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200514131733.htm.

上一篇下一篇