Недостаток фосфора склоняет африканскую лиану к хищничеству

Плотоядность у растений независимо возникала несколько раз. В настоящее время хищничество описано для представителей 20 родов растений из 12 семейств, включая такие широко известные примеры, как венерина мухоловка и росянка. Африканская лиана Triphyophyllum peltatum отличается от остальных тем, что хищничество для нее факультативно и она переходит к нему только в отдельных случаях. При этом причины, побуждающие растение сменить режим питания, до сих пор оставались неизвестными. Группа исследователей из Германии показала, что триггером для перехода T. peltatum к хищничеству является недостаток фосфора, а также разработала протоколы культивирования растения, которые позволят лучше изучить генетические основы данного явления.

Ранее уже были выдвинуты предположения, что переход лианы к хищничеству обусловлен недостатком того или иного элемента в субстрате, на котором она произрастает. Однако проверка этих предположений до сих пор оставалась невозможной в связи с высокой сложностью культивации T. peltatum в лабораторных условиях. Поэтому первым шагом исследователей стала разработка протокола по in vitro проращиванию лианы до момента формирования придаточных корней — стандартного маркера готовности растения к высадке в открытую почву.

После серии экспериментов с различными субстратами были установлены оптимальные условия для проращивания. Сперва побеги культивировали в среде, содержащей 55,4 мкМ α-нафтилуксусной кислоты — синтетического аналога растительного гормона гетероауксина. Это индуцировало рост придаточных корней, после чего побеги пересаживали на субстрат из водяного агара и активированного угля. Такой протокол позволил добиться формирования в среднем 5,8 корней на укоренившийся побег.

Для установления условий среды, толкающих лиану на переход к хищничеству, исследователи культивировали побеги на субстратах с недостатком тех или иных элементов. В различных работах предполагалось, что стимулом для смены режима питания лианы может служить дефицит азота, калия или фосфора. Во всех случаях удалось добиться снижения содержания элемента в тканях растения. Однако ловчие листья развивались на побегах только при недостатке фосфора (67% побегов).

Дальнейшая серия экспериментов подтвердила нормальное формирование ловчих листьев при культивации T. peltatum на субстрате с недостатком фосфора — на листьях формировались выросты, которые несли выделяющие липкий секрет железы. Это соответствует описанию ловчих листьев, наблюдаемых в природе

Наконец, был проведен эксперимент по выращиванию T. peltatum и индукции формирования ловчих листьев ex vitro в тепличных условиях. В первой серии растения получали удобрения, содержащие 2,8 мМ ортофосфата или не содержащие источника фосфора. В данной серии почти все растения, не получавшие фосфора, погибли. Единственный выживший побег, однако, сформировал ловчий лист. Во второй серии растения опрыскивали разными количествами раствора, содержащего 0,1 мМ ортофосфата. В этой серии побеги не демонстрировали симптомов недостатка фосфора (почернения и потери листьев). При этом 13% растений из тех, чей доступ к фосфору был ограничен, сформировали хотя бы один ловчий лист. В обеих сериях ни одно из растений, получавших большое количество фосфора, не сформировало ловчих листьев.

Исследователи подчеркивают, что такая стратегия T. peltatum уникальна — в норме это растение не отращивает энергозатратные ловчие листья, а направляет ресурсы на быстрый рост, чтобы добраться до верхних ярусов леса и получать больше света для фотосинтеза. Дефицит фосфатов в почве вынуждает лиану перейти к хищничеству, однако как только количество доступного фосфора возвращается в норму, T. peltatum снова переходит к отращиванию «обычных» листьев для фотосинтеза.

Авторы отмечают, что успешная разработка протоколов культивации и индукции хищничества открывает дорогу для дальнейших генетических исследований, включая секвенирование генома и анализ экспрессии генов. Подобные работы могут, среди прочего, пролить свет на роль пластичной диеты в эволюции хищных растений.

Рацион росянки изучили с помощью ДНК-метабаркодирования