大王花,我们俗称“食人花”,并不食人,但不仅臭,还不肯自己进行光合作用;它是寄生植物,而且基因超级可疑。
大花草科的成员“大王花”(Rafflesiaarnoldii)拥有全世界最大的花,直径可超过1米,重量可达10公斤,跟一名幼儿的重量差不多。大王花不只很臭,还不肯自己进行光合作用;它是寄生植物,而且基因超级可疑;它会从宿主身上窃取新的基因,将自己本来的基因清除掉,但却不停复制重复的基因,导致自己的基因体变得异常庞大。
起初它们仿佛隐形藏在东南亚的森林里,以细胞的形式寄生在藤蔓宿主的重要组织上吸取营养生长。即使在显微镜下,这些细胞与藤蔓本身的细胞几乎没有区别,它们看起来更像是真菌而非植物。但是,当繁殖的欲望唤醒它们时,大花草科的成员就会长出巨大、没有茎、表面满是圆点的红色“尸花”,散发出一股腐烂肉的臭味吸引授粉的腐肉蝇,这也是人们称之为“食人花”的由来。
十多年前,布鲁克林长岛大学的演化植物生物学家珍妮尔・莫利纳(JeanmaireMolina)开始对大花草科感兴趣,她好奇它们的基因体是否跟外表一样奇特。初步研究表明确实如此,她和同事2014年在《分子生物学与演化》(MolecularBiologyandEvolution)发表的研究成功为菲律宾的大王花粒线体DNA定序。然而,他们没办法在大王花上检测出叶绿体的任何功能基因,它们似乎直接抛弃了整个叶绿体基因体。
这个情况很难想像,因为叶绿体负责行光合作用,而且跟所有的色素体一样,叶绿体也是参与许多细胞过程的关键基因。莫利纳指出,疟原虫至今还携带着色素体基因体,即使它们最后一批行光合作用的祖先生活在数亿年前。
这个惊人的发现已经被哈佛大学的一个独立研究团队证实,发表在《当代生物学》(CurrentBiology)期刊的论文研究了另一个大花草科成员,并在基因体草图中发现许多惊喜:寄生植物不但会清除多余的基因,还会从宿主那里偷走有用的新基因。大王花似乎是在告诉科学家,人类还需要更深入研究基因体,尤其是植物和寄生生物的基因体-因为这类生物占了地球上所有已知物种的40%以上。
大花草科的成员会长出巨大、没有茎、表面满是圆点的红色“尸花”,散发出一股腐烂肉的臭味吸引授粉的腐肉蝇
哈佛大学有机体与演化生物学教授查尔斯・戴维斯(CharlesDavis)也对大花草科很感兴趣,他称其为“25万种开花植物中最有魅力也最神秘的一种”。近15年来,他不断尝试找出大花草科的更多秘密,但事实证明,为它们的核基因体定序非常困难。后来,他的博士生蔡丽敏(LimingCai,音译,现在是加州大学河滨分校系统生物学博士后研究员)带头开始进行研究,并在哈佛大学生物信息主任提摩西・萨克顿(TimothySackton)的帮助下,最终拼凑出寄生花(Sapriahimalayana,大花草科寄生花属下的一个种)的基因体草图。
寄生花的基因体遵循了其他寄生植物的一些趋势,例如它也清除了许多被认为是植物存活的重要基因。由于寄生植物从宿主身上窃取基因,所以它们基本上是把新陈代谢的工作全都外包了,因此也不再需要一个独立植物应有的细胞。
戴维斯还发现,在其他寄生植物中广泛存在的近一半基因已经被寄生花清除,它比其他寄生植物如菟丝子清除的基因多出两倍,比农作物杀手独脚金清除的基因多出四倍,戴维斯说:“我们知道寄生植物会清除基因,但我们没想到竟然把44%的基因都抛弃了。”
此外,莫利纳在大王花的研究中,惊讶地发现大王花缺少了整个色素体基因体。在其他已知生物中,唯一抛弃色素体基因体的是多环藻属(Polytomella)的单细胞藻类,它们为了从周围水域吸收养分而放弃行光合作用。