La Balanophora, una pianta parassita estrema, ha perso un terzo dei suoi geni nel corso della sua evoluzione, secondo una recente ricerca condotta da un team di scienziati di BGI Research e botanici dell’Università della Columbia Britannica. Questa pianta, che può facilmente essere scambiata per un fungo a causa delle sue strutture simili a funghi, induce il sistema vascolare della pianta ospite a crescere in un tubero, formando un organo sotterraneo unico con tessuto misto ospite-parassita. Questo tubero chimerico è il punto in cui la Balanophora ruba i nutrienti dalla sua pianta ospite.
Studio sulle piante parassite estreme
Interesse per l’evoluzione delle piante parassite estreme
Il dottor Xiaoli Chen, scienziato di BGI Research e autore principale dello studio, si è interessato a come queste piante parassite estreme subtropicali si siano evolute nella loro forma attuale. Lo studio, pubblicato recentemente sulla rivista Nature Plants, ha confrontato i genomi di Balanophora e Sapria, un’altra pianta parassita estrema della famiglia Rafflesiaceae che ha un corpo vegetativo molto diverso.
Perdita di geni e evoluzione convergente
Lo studio ha rivelato che Sapria e Balanophora hanno perso rispettivamente il 38% e il 28% dei loro genomi, mentre evolvono per diventare oloparassite – una riduzione record per le piante da fiore. “L’entità delle perdite di geni simili, ma indipendenti, osservate in Balanophora e Sapria è sorprendente”, ha detto il dottor Chen. “Indica una forte convergenza nell’evoluzione genetica delle linee oloparassite, nonostante le loro storie di vita e le loro apparenze esteriormente distinte, e nonostante siano evolute da diversi gruppi di piante fotosintetiche”.
Perdita di geni e evoluzione convergente
Perdita di geni associati alla fotosintesi e ad altri processi biologici chiave
I ricercatori hanno riscontrato una quasi totale perdita di geni associati alla fotosintesi in entrambe le piante, come ci si aspetterebbe con la perdita della capacità fotosintetica. Tuttavia, lo studio ha anche rivelato una perdita di geni coinvolti in altri processi biologici chiave – sviluppo della radice, assorbimento dell’azoto e regolazione dello sviluppo della fioritura. I parassiti hanno eliminato o compattato una grande frazione delle famiglie di geni normalmente presenti nelle piante verdi – i grandi insiemi di geni duplicati delle piante che tendono a svolgere funzioni biologiche correlate. Questo supporta l’idea che i parassiti conservino solo quei geni o copie di geni che sono essenziali.
Perdita di geni correlati alla sintesi di un importante ormone vegetale
Incredibilmente, i geni correlati alla sintesi di un importante ormone vegetale, l’acido abscisico (ABA), responsabile delle risposte allo stress e della segnalazione nelle piante, sono stati persi in parallelo in Balanophora e Sapria. Nonostante ciò, i ricercatori hanno ancora registrato l’accumulo dell’ormone ABA nei fusti fioriti di Balanophora, e hanno scoperto che i geni coinvolti nella risposta alla segnalazione dell’ABA sono ancora conservati nei parassiti.
Approfondimenti e direzioni future
Perdita di geni in Balanophora
“La maggior parte dei geni persi in Balanophora sono probabilmente correlati a funzioni essenziali nelle piante verdi, che sono diventate funzionalmente inutili nei parassiti”, ha detto il dottor Graham. “Detto questo, ci sono probabilmente casi in cui la perdita del gene è stata effettivamente vantaggiosa, piuttosto che riflettere una semplice perdita di funzione. La perdita del loro intero percorso di biosintesi dell’ABA potrebbe essere un buon esempio. Potrebbe aiutarli a mantenere la sincronizzazione fisiologica con le piante ospiti. Questo deve essere testato in futuro”.
Significato dello studio nel contesto del progetto 10KP
Il dottor Huan Liu, ricercatore di BGI Research, ha sottolineato l’importanza dello studio nel contesto del 10KP, un progetto per sequenziare i genomi di 10.000 specie di piante. “Lo studio delle piante parassite approfondisce la nostra comprensione delle alterazioni genomiche drammatiche e delle complesse interazioni tra le piante parassite e i loro ospiti. I dati genomici forniscono preziosi approfondimenti sull’evoluzione e i meccanismi genetici dietro la dipendenza delle piante parassite dai loro ospiti, e su come manipolano le piante ospiti per sopravvivere”.