Een onderzoeksteam van de Japanse Kobe Universiteit en andere instellingen heeft onlangs de nieuwste resultaten vrijgegeven, gericht op een soort exotische plant die bijna volledig ondergronds leeft – Balanophora. Hieruit blijkt hoe deze planten, die de fotosynthese al lang hebben opgegeven, en sommige soorten zich zelfs bijna niet meer seksueel hebben voortgeplant, nog steeds met succes overleven en zich verspreiden in natuurlijke ecosystemen.
Uit de studie bleek dat de slangenplant voor de fotosynthese niet afhankelijk is van bladgroenkorrels om energie te verkrijgen, zoals typische planten. In plaats daarvan fungeert het als een parasitaire plant, waarbij hij zijn haustoria diep in de wortels van andere planten steekt en direct de voedingsstoffen absorbeert die door de gastheer worden geleverd. Hij verbergt zich het grootste deel van de tijd in de donkere en vochtige bodemgrond en "verschijnt" slechts kort tijdens het bloeiseizoen. Nog extremer is dat sommige van deze soorten zich bijna volledig tot ongeslachtelijke voortplanting hebben gewend, waarbij ze hun populaties uitsluitend voortzetten uit zaden die zich zonder bevruchting vormen.
Kenji Suetsugu, een botanicus aan de Universiteit van Kobe, zei dat het zijn langetermijndoel is om "de ware betekenis van het concept 'plant' te heroverwegen." Daarom is hij vooral gefascineerd door planten die de fotosynthese hebben opgegeven. Hij hoopt door de studie van slangenslangen duidelijk te maken welke diepgaande veranderingen zich hebben voorgedaan in het genoom, de celstructuur en de voortplantingsmethoden van planten tijdens dit dramatische evolutieproces.
Een van de kernen van deze studie is de eerste systematische integratie van de fylogenetische relatie, de evolutie van het plastidegenoom en de correspondentie tussen de voortplantingsstrategieën ervan en de habitatomstandigheden van de slangenslang. Het onderzoeksteam wees erop dat hoewel sporadisch werk zich in het verleden heeft geconcentreerd op de reductie van het genoom, de ecologische aanpassing of de reproductiemethoden, deze drie aanwijzingen niet uitgebreid zijn onderzocht binnen hetzelfde raamwerk.
De onderzoekers verzamelden een groot aantal monsters door jarenlang veldwerk in steile en vochtige bergbossen en vertrouwden op langdurige samenwerking met lokale natuurwaarnemers. Tegelijkertijd werkten ze samen met onderzoeksteams die gespecialiseerd zijn in sterk gereduceerde genomen aan de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University en andere instellingen om de fylogenie- en plastidengenoomanalyse van meerdere soorten slangenschimmel te voltooien. De resultaten laten zien dat alle geteste soorten extreem ‘slanke’ plastidengenomen hebben, en deze ‘minimalisatie’ vond plaats tijdens de gemeenschappelijke voorouder van deze groep en differentieerde zich vervolgens in verschillende bestaande soorten.
Op het eerste gezicht lijken deze plastiden op het punt te staan om te ‘verdwijnen’, maar uit verdere analyse blijkt dat er nog steeds een groot aantal eiwitten wordt gesynthetiseerd en naar de plastiden getransporteerd. Dit geeft aan dat, hoewel de fotosynthesefunctie volledig is verlaten, plastiden nog steeds een sleutelrol spelen in het metabolische proces en nog steeds een van de onmisbare kernstructuren in plantencellen zijn. Daarom is het onderzoeksteam van mening dat de slangenslang een extreem voorbeeld is van "het behouden van de essentiële metabolische functies van de plastide onder de premisse van het maximaal comprimeren van het genoom", wat belangrijke aanwijzingen oplevert voor het begrijpen van de grens tussen het vasthouden en verliezen van plantorganelfuncties.
Anders dan het algemene verlies van fotosynthese, bleek uit de studie dat het vermogen om zich ongeslachtelijk voort te planten een kenmerk is dat zich meerdere keren onafhankelijk van elkaar heeft ontwikkeld bij de slangenslang. Het team speculeert dat het vermogen om zaden rechtstreeks aseksueel te vormen in afwezigheid van bestuivers of parende individuen mogelijk een sleutelrol heeft gespeeld in de vroege verspreiding van dit taxon, waardoor het een reeks eiland- en bergomgevingen kon overspannen van Honshu, Japan, via Okinawa tot Taiwan.
Kenji Suetsugu wees erop dat uit zijn onderzoek naar de bestuiving van slangenkoppen en de zaadverspreiding van de afgelopen tien jaar is gebleken dat ogenschijnlijk ‘onopvallende’ geleedpotigen zoals kameelkrekels en kakkerlakken een onverwacht belangrijke rol spelen bij de bestuiving en verspreiding. In omgevingen waar bestuivers zeldzaam zijn of individuen extreem verspreid zijn, wordt aseksuele vruchtvorming echter vaak een "back-up" -mechanisme om reproductief succes te garanderen, en is het geleidelijk geëvolueerd tot de belangrijkste of zelfs bijna de enige reproductiemethode bij sommige soorten.
De studie, getiteld "Fylogenetische genomica verduidelijkt de evolutionaire geschiedenis van de slangenslang, de metabolische retentie van gereduceerde plastiden en de oorsprong van verplichte apomixis", werd gepubliceerd in het botanische tijdschrift "New Phytologist." Het artikel biedt niet alleen een nieuw perspectief om te begrijpen hoe niet-fotosynthetische parasitaire planten organelfuncties behouden, zich aanpassen aan ecologische niches en reproductiestrategieën optimaliseren, het wordt ook beschouwd als een belangrijke basis voor het verder analyseren van het interactiemechanisme tussen parasitaire planten en hun gastheren.
Kenji Suetsugu zei dat het voor mensen zoals hij, die deze ondergrondse planten al heel lang in donkere en vochtige bossen volgen, van bijzonder belang is om hun 'verhaal' geleidelijk op genoomniveau in elkaar te zien passen. De volgende stap van het onderzoek zal zijn om te proberen deze genomische resultaten te combineren met specifieke biochemische metabolismemetingen om erachter te komen welke metabolieten de slangenplastiden produceren en hoe deze producten hen helpen groeien in het wortelsysteem van de gastheer en een parasitaire levensstijl te behouden.
Samengesteld uit /ScitechDaily