Parasitisk vane driver plastidgenomstrukturel variation og gentab i Cuscuta-arter

Hemiparasitter opnår næringsstoffer og uorganiske salte fra værtsplanter gennem haustoria, en vane, der har udviklet sig uafhængigt mindst 12 gange i angiospermer. Cuscuta repræsenterer en af ​​de 12 angiosperm-ordener, der uafhængigt har udviklet sig fra autotrofer til parasitter.

Morfologisk set er Cuscuta-arter stilk-hipoforer, med rødder og blade fuldstændigt degenererede eller meget svagt fotosyntetisk aktive eller tabte. Tab af plastidgener og genomfunktionel degeneration er blevet rapporteret flere gange i Cuscuta. Imidlertid er de evolutionære forbindelser mellem dets gen og genomets funktionelle degeneration og evolution endnu ikke blevet klarlagt.

Forskere fra Xishuangbanna Tropical Botanical Garden (XTBG) under det kinesiske videnskabsakademi og deres samarbejdspartnere udførte de novo samling af 29 nye plastomer, herunder 20 prøver fra syv Cuscuta-arter og ni autotrofe arter af Convolvulaceae.

De dechiffrerede mekanismen for plastomudvikling i Cuscuta og dens autotrofe planteslægtninge til Cuscutaceae. Deres undersøgelse er publiceret i Plant Molecular Biology .

Resultaterne viste, at den strukturelle variation af plastomer i Convolvulaceae var forskelligartet, med ni typer af strukturelle omlejringer og seks typer af inverteret gentagelse (IR) grænseekspansion-kontraktion. De strukturelle variationer var tæt forbundet med den parasitære livsformovergang og kan være blevet forværret af IR-grænseekspansion-kontraktion og store gentagelsesfragmenter.

Derudover var plastomdegeneration af Cuscuta-arter progressiv, med massivt gentab kun forekom hos tre arter fra Ceratophorae-gruppen af ​​Grammica-underslægten.

Samlet set fremmede Cuscutas parasitære vane eksponeringen af ​​plastomgener for afslappede selektive begrænsninger, og akkumuleringen af ​​mikrovariationer i et stort antal plastomgener førte til plastomdegeneration.

"Vores undersøgelse giver nye beviser for en bedre forståelse af plastomudvikling, variation og reduktion i slægten Cuscuta," sagde Yu Wenbin fra XTBG.

Flere oplysninger: Li-Qiong Chen et al., Variationer og reduktion af plastom er forbundet med udviklingen af ​​parasitisme i Convolvulaceae, Plant Molecular Biology (2024). DOI:10.1007/s11103-024-01440-1

Leveret af Chinese Academy of Sciences