При упоминании омелы многие вспоминают пышный рождественский венок, которым католики украшают двери домов в сочельник. Впрочем, растение известно в народе и своими целебными свойствами, его, к слову, высоко ценили друиды.
Современные биологи знают омелу с другой стороны – как полупаразита. Например, типичный вид рода Омела – кустарник под названием омела белая (Víscum álbum) – прикрепляется к ветвям растения-хозяина и получает от него воду и минеральное питание. Органическое вещество он при этом фотосинтезирует самостоятельно.
Однако это не всё, на что способна омела. Сразу два независимых исследования показали, что паразитический образ жизни привёл к довольно необычной эволюционной потере. Растение утратило ключевые компоненты, необходимые для клеточного дыхания.
Напомним, что под этим термином подразумевается процесс переработки глюкозы в аденозинтрифосфаты (или АТФ). Это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов.
"Потеря дыхательной способности ранее наблюдалась только у одноклеточных эукариот, что приводило к паразитарному или симбиотическому образу жизни. Мы сообщаем о первом случае, когда большую часть дыхательных способностей утратили многоклеточные эукариоты", — говорит ведущий автор одной из работ Этьен Мейер (Etienne Meyer) из Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка в Германии.
По словам ведущего автора второй статьи Ханса-Петера Брауна (Hans-Peter Braun) из Ганноверского университета имени Лейбница, науке ещё не было известно ни одного примера, когда многоклеточные эукариоты могли бы функционировать без митохондриального комплекса I (напомним, именно клеточные митохондрии отвечают за дыхание, а этот комплекс – первая из пяти "станций" в энергетической "транспортной цепи").
Исследователи впервые заметили, что "что-то не так", когда секвенирование генома омелы белой выявило недостаток митохондриальных генов для кодирования белковых субъединиц. Они предположили, что растение утратило митохондриальные гены, кодирующие эти субъединицы. По одной из версий, они просто "перекочевали" в ядерный геном. Но, учитывая масштаб потери, это было маловероятным.
Дальнейшие же исследования показали, что в клетках омелы вообще отсутствует митохондриальный комплекс I, и это стало полной неожиданностью для биологов.
Команды Брауна и Майера работали параллельно, пока на одной из конференций не обнаружили, что следуют в одном направлении. Тогда они решили поделиться друг с другом данными и одновременно представить две статьи в одном научном издании, сообщает сайт phys.org.
Исследовательская группа Ханса-Петера Брауна, в частности, выяснила, что омела на только лишилась митохондриального комплекса I, но в её клетках также значительно снизилось со временем количество субъединиц и других комплексов – II и V (уровень потерь составил от 14 до 44%). Между тем комплексы III и IV, как оказалось, слились в "удивительно стабильные респираторные суперкомплексы". Таким образом произошла полная реорганизация дыхательной цепи растения, поясняют биохимики.
Тем временем группа Этьена Мейера заключила, что уровни фермента, который синтезирует АТФ, у омелы белой снижены в пять раз по сравнению с другими растениями. Зато концентрация других метаболических ферментов, напротив, оказалось сильно завышенной. Иными словами, митохондриальные функции растения претерпели "экстремальные эволюционные корректировки", пишут авторы.
Впрочем, омела, что называется, "не растерялась" и приспособилась воровать глюкозу у растения-хозяина. А большое количество метаболических ферментов как раз помогает расщеплять её и получать АТФ. Украденного питательного вещества, видимо, вполне хватает для жизнедеятельности кустарника, пишет журнал Science.
Обе команды намерены продолжить изучение биохимических процессов, происходящих в клетках омелы. Также они хотят сравнить её с другими растениями-паразитами, чтобы определить, насколько эти изменения специфичны.
Научные статьи были опубликованы в издании Current Biology: первая и вторая.
Кстати, ранее исследователи описали необычное растение-паразита, которое не имеет листьев, обитает под землёй и питается грибами. Ещё одно не менее экзотичное растение нанимает муравьёв для защиты своих цветков от нежелательных опылителей, а другие растения получают информацию о нашествии вредителей от грибов.
