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有趣的遗传学改变了食物链,使得食肉植物能够捕食动物

有趣的遗传学改变了食物链,使得食肉植物能够捕食动物

植物可以在光、水和二氧化碳的帮助下产生富含能量的生物质。这就是为什么他们处于食物链的起点。但食肉植物已经扭转了局面,开始猎杀动物。昆虫是它们的主要食物来源。

《当代生物学》杂志上的一篇文章揭示了这种绿色食肉动物的秘密生活。来自德国巴伐利亚大学的植物科学家Rainer Hedrich和进化生物信息学家jouml;rg Schultz,以及他们来自日本冈崎大学的同事Mitsujasu Hasebe破译并分析了三种食肉植物的基因组。

他们研究了捕蝇草(Venus flytrap Dionaea muscipula),它起源于北美,全球常见的水车植物Aldrovanda vesiculosa,以及在亚洲广泛分布的匙状叶sundew Drosera spatulata。

有趣的遗传学改变了食物链,使得食肉植物能够捕食动物

这三个都属于茅膏菜家族。然而,它们各自征服了不同的栖息地,并发展了自己的捕猎机制。在Dionaea和Aldrovanda中,叶子的末端被转化为折叠的陷阱。而另一方面,茅膏菜则用粘性触角将猎物附着在叶子表面。

食肉动物的基本基因

国际研究小组发现的第一件事是,尽管它们的生活方式和捕食机制不同,但捕蝇草、茅蝇和水车有一个共同的基本设置。对食肉生活方式至关重要的基因。

这些基因的功能与感知和消化猎物以及利用其营养物质的能力有关。Rainer Hedrich解释道。

我们能够追溯食肉类基因的起源可以追溯到数百万年前在三个食肉物种最后一个共同祖先的基因组中发生的一次复制事件。说Jö rg舒尔茨。整个基因组的复制为进化提供了一个开发新功能的理想平台。

遗传贫困,尽管有一种特殊的生活方式

令他们惊讶的是,研究人员发现这些植物并不需要特别多的基因来适应食肉动物。相反,这三种被研究的物种实际上是已知的基因最贫乏的植物。Drosera有18,111个基因,Dionaea有21,135个基因,Aldrovanda有25,123个基因。相比之下,大多数植物有3万到4万个基因。

这怎么能与一个事实相协调,即大量的新基因通常需要开发新的生活方式?这只能说明动物食物的专门化伴随着基因数量的增加,但同时也伴随着大量基因的丢失。发育生物学家Hasebe总结道。

根基因在诱捕器官中是活跃的

大多数诱捕昆虫所需的基因也在正常植物中以略微改变的形式被发现。在肉食性植物中,有几个基因在诱捕器官中起作用,而在其他植物中则在根部起作用。在捕获器官中,这些基因只有在猎物安全时才会被激活。Hedrich解释道。这一发现与在捕蝇草和茅膏菜中根明显减少的事实是一致的。在水车里,它们是完全不存在的。

对陷波函数的进一步研究

研究人员现在已经深入了解了植物中食肉动物的进化,他们手中有三张这种特殊生活方式的蓝图。他们的下一个目标是更好地理解捕获功能的分子基础。

我们已经发现捕蝇草能够计算出由猎物触发的电刺激,能够记住这个数字一段时间,最后做出与这个数字相对应的决定。Hedrich说。现在重要的是要了解食肉植物的生物生理生化原理。

参考:"金星飞捕和近亲的基因组揭开植物卡象牙的马尔奇"由格尔戈·帕尔法尔维,托马斯·哈克尔,尼克拉斯·特霍文,托莫科F.希巴塔, 东山、马库斯·安肯布兰德、德克·贝克尔、弗兰克·弗乌姆;斯特、马蒂亚斯·弗伦德、你伊奥西普、伊内斯·克罗伊泽、弗朗齐斯卡·索尔、奇哈鲁·卡米达、福岛健治、舒吉·希诺因布、田田洋秀、卢博米尔·阿达梅克、吉卡祖·霍希、库尼希·乌伊达、特劳德·温克尔曼,因戈·舒伯特,雷纳·施瓦克,哈立德·拉希德,JöRG舒尔茨,三舒苏·哈塞贝,雷纳·赫德里希,2020年5月14日,当代生物学。

DOI: 10.1016/J. Cub. 2020.04.051

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