Vleesetende plant verpakt grote wonderen in een klein genoom

Vleesetende plant verpakt grote wonderen in een klein genoom

Anonim

door University at Buffalo

Utricularia gibba, de gebochelde blaaskruidplant (kleur toegevoegd). De plant is een vraatzuchtige carnivoor, met zijn kleine, 1 millimeter lange blazen die vacuümdruk benutten om met grote snelheid kleine prooien op te zuigen.

Image

Grote, prachtige, gekke dingen kunnen in kleine genomische pakketten komen.

Dat is een les die geleerd kan worden van de vleesetende blaaswort, een plant waarvan het kleine genoom een ​​juwelendoos vol evolutionaire schatten blijkt te zijn.

De blaaswort wordt door wetenschappers Utricularia gibba genoemd en is een wonder van de natuur. Het leeft in een wateromgeving. Het heeft geen herkenbare wortels. Het beschikt over zwevende, draadachtige takken, samen met miniatuurvallen die vacuümdruk gebruiken om prooien te vangen.

Een nieuwe studie in het wetenschappelijke tijdschrift Molecular Biology and Evolution breekt de genetische samenstelling van de plant af en vindt een fascinerend verhaal.

Volgens het onderzoek herbergt de blaaswort meer genen dan verschillende bekende plantensoorten, zoals druiven, koffie of papaja - ondanks dat het een veel kleiner genoom heeft.

Deze ongelooflijk compacte architectuur is het resultaat van een geschiedenis van "ongebreidelde" DNA-verwijdering, waarbij de plant genetisch materiaal in een zeer snel tempo heeft toegevoegd en vervolgens geëlimineerd, zegt Victor Albert, professor aan de biologische wetenschappen Victor Albert, die de studie leidde.

"Het verhaal is dat we kunnen zien dat de blaaswort door de geschiedenis heen gewoonlijk veel DNA heeft gewonnen en afgestoten", zegt hij.

"Met een gekrompen genoom, " voegt hij eraan toe, "verwachten we misschien wat ik een minimaal DNA-complement zou noemen: een plant met relatief weinig genen - alleen die nodig om een ​​eenvoudige plant te maken. Maar dat is niet wat we zien. "

Utricularia gibba. Een nieuwe studie toont aan dat deze prachtige plant meer genen herbergt dan verschillende bekende soorten, zoals druiven, koffie of papaya - ondanks het feit dat ze een veel kleiner genoom hebben.

Image

Een unieke en uitgebreide genetische architectuur

In tegenstelling tot de minimalistische plantentheorie, vonden Albert en zijn collega's dat U. gibba meer genen heeft dan sommige planten met grotere genomen, waaronder druiven, zoals reeds opgemerkt, en Arabidopsis , een veel bestudeerde bloem.

Een vergelijking met het druivengenoom toont duidelijk de genetische rijkdom van U. gibba : het blaaskruidgenoom, dat ongeveer 80 miljoen basenparen DNA bevat, is zes keer kleiner dan dat van de druif. En toch is de blaaswort de soort die meer genen heeft: ongeveer 28.500 van hen, vergeleken met ongeveer 26.300 voor de druif.

U. gibba is bijzonder rijk aan genen die carnivory kunnen vergemakkelijken - met name die waardoor de plant enzymen kan maken die vergelijkbaar zijn met papaïne, wat helpt bij het afbreken van vleesvezels. De blaaswort is ook rijk aan genen gekoppeld aan de biosynthese van celwanden, een belangrijke taak voor aquatische soorten die water op afstand moeten houden.

"Als je het soort ongebreidelde DNA-deletie hebt die we in de blaaswort zien, gaan genen die minder belangrijk of overbodig zijn gemakkelijk verloren", zegt Albert. "De genen die overblijven - en hun functies - zijn degenen die deze verwijderingsdruk konden weerstaan, dus het selectieve voordeel van het hebben van deze genen moet behoorlijk groot zijn.

"Dienovereenkomstig hebben we een aantal genetische verbeteringen gevonden, zoals de vleesoplossende enzymen, die Utricularia onderscheiden van andere soorten."

Veel van het DNA dat de blaaswort in de loop van de tijd heeft verwijderd, codeerde niet voor junk-DNA dat geen genen bevat, zegt Albert.

Hoge genomzet

De studie omvatte partners van UB, de Universitat de Barcelona in Spanje, het Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (LANGEBIO) in Mexico en het Instituto de Ecología in Mexico.

Om te bepalen hoe de blaaswort zijn huidige genetische structuur ontwikkelde, vergeleek het team de plant met vier verwante soorten. Wat ze ontdekten was een patroon van snelle DNA-verandering.

Zoals Albert uitlegt: "Als je naar de geschiedenis van de blaaswort kijkt, werpt het de hele tijd genen af, maar het wint ze ook met een voldoende snelheid, waardoor het in leven kan blijven en passende aanpassingen kan produceren voor zijn unieke niche in het milieu."

Op het gebied van DNA-winst, ontdekte de studie dat U. gibba drie duplicatie-gebeurtenissen heeft ondergaan waarbij het gehele genoom werd gerepliceerd, waardoor het overtollige kopieën van elk gen kreeg.

Deze snelle genversterking werd gecompenseerd door snelle verwijdering. Bewijs voor dit fenomeen komt uit het feit dat de plant een klein genoom heeft ondanks zijn geschiedenis van genetische duplicatie. Bovendien herbergt de plant een hoog percentage genen die geen nauwe verwanten in het genoom hebben, wat suggereert dat de plant snel overtollig DNA heeft verwijderd dat is verkregen door duplicatie-gebeurtenissen.