Cacing parasit menyingkirkan seks untuk menjadi pembunuh tanaman yang lebih efisien

Anonim

Cacing parasit menyingkirkan seks untuk menjadi pembunuh tanaman yang lebih efisien

Biologi

Lisa-Ann Lee

16 Juni 2017

2 gambar

Tanda-tanda kisah yang membengkak dari tanaman tomat yang terinfeksi dengan nematoda akar-simpul Selatan, cacing parasit aseksual yang merupakan kutukan dari petani (Kredit: Diana Fernandez / IRD-UM2-Cirad)

Apakah seks terlalu berlebihan? Itu tergantung pada siapa Anda bertanya. Dalam kasus nematoda akar-simpul aseksual, jawabannya mungkin adalah "ya". Tidak seperti hewan seperti kecoa Amerika dan hiu macan tutul, yang mampu menghasilkan keturunan secara aseksual ketika diperlukan, cacing parasit ini tidak memiliki pilihan dalam hal ini - mereka hanya dapat bereproduksi tanpa seks. Meskipun ini mungkin tidak terdengar seperti kehidupan yang layak dijalani, alam telah memberi mereka keunggulan dengan mengubahnya menjadi mesin penghasil tanaman yang efisien yang mengungguli sepupu mereka yang bereproduksi secara seksual.

Berada di antara lima patogen tanaman utama di dunia, nematoda akar-simpul adalah cacing gelang mikroskopis yang menginfeksi lebih dari 2.000 buah, sayuran dan tanaman hias, seperti selada, tomat, stroberi dan anyelir, di seluruh dunia. Ketika mereka menginfiltrasi tanaman, mereka melepaskan enzim yang menyebabkan jaringan sekitarnya membengkak menjadi sel raksasa, menguras kekuatan tanaman dan mengarah ke gejala seperti pertumbuhan kerdil dan layu.

Cacing betina kemudian membasahi sel-sel ini hingga menjadi balon berbentuk buah pir yang bengkak sebelum menyetorkan telurnya dalam massa agar-agar, yang dapat berisi hingga 1.000 telur. Di daerah seperti Amerika Selatan dan Tengah, mereka telah dikenal untuk menghancurkan perkebunan kopi, mendorong petani untuk beralih ke tanaman lain, seperti tebu.

Ada 98 spesies nematoda akar-simpul (genus Meloidogyne ) dan sementara tidak semuanya bereproduksi secara aseksual, yang paling merusak adalah yang melakukan, perkembangan yang telah lama ditebak oleh para ahli biologi karena cacing aseksual ini harus keluar dari evolusi. pintu jebakan menurut kebijaksanaan konvensional tentang reproduksi seksual.

"Untuk waktu yang lama, nematoda akar-simpul tetap menjadi teka-teki evolusi karena parasit pertanian yang paling merusak adalah mereka yang telah meninggalkan seks dan meiosis, " kata ilmuwan Etienne Danchin dari Institut Nasional Prancis untuk Penelitian Pertanian. "Karena tidak dapat menggabungkan mutasi yang menguntungkan dari individu yang berbeda dan tidak dapat membersihkan akumulasi progresif dari mutasi yang merusak, mereka diharapkan untuk mewakili evolusi buntu."

Sayangnya bagi petani, nematoda aseksual ini telah terbukti menjadi pengecualian yang menghancurkan. Tidak hanya menyebabkan lebih banyak kerusakan daripada kerabat seksual mereka, mereka juga menginfeksi lebih banyak tanaman dan memiliki jejak geografis yang lebih besar. Menurut sebuah penelitian yang diterbitkan oleh Danchin dan rekan-rekannya, alasan keberhasilan mereka tampaknya tertanam dalam gen mereka.

Para peneliti mempelajari genom dari tiga nematoda akar-simpul yang paling merusak - M. incognita (Nematoda akar-simpul selatan); M. javanica (cacing gabus tebu) dan M. arenaria (nematode akar-simpul kacang) - dan membandingkannya dengan kerabat seksual.

Menurut penelitian, cacing aseksual ini kemungkinan hasil terbaru dari serangkaian pertemuan hibrid interspesifik antara garis keturunan ibu yang terkait erat dan donor laki-laki yang berbeda (silsilah orang tua yang tepat tetap menjadi misteri). Sama seperti Ambystoma salamander unisexual, cacing aseksual ini adalah polyploid, yang berarti bahwa tidak seperti kita, mereka memiliki lebih dari dua set kromosom, suatu sifat yang memungkinkan mereka mempertahankan keragaman genetik yang kaya. Sebagaimana dicatat oleh para penulis, "kehadiran daerah genom yang terduplikasi dan terdiferensiasi mungkin mempromosikan kebaruan fungsional antara salinan gen yang dihasilkan, mengikuti seleksi positif."

Fitur lain yang menarik dalam genom mereka adalah banyaknya unsur transposabel, "gen melompat" yang dapat berpindah ke berbagai bagian genom untuk menyebabkan mutasi atau memasok unsur baru ke gen penyandi protein. Para peneliti menduga bahwa transposon ini dapat berperan dalam membantu mereka beradaptasi dengan lingkungan baru dan mengungguli sepupu seksual mereka. Dan karena hanya dibutuhkan betina untuk bereproduksi, ini juga dapat menjelaskan mengapa nematoda parasit aseksual ini dapat menginfeksi lebih banyak host pada skala geografis yang lebih luas.

"Arsitektur hibrida genom duplikat mereka menyediakan nematoda ini dengan gen multi-copy yang menunjukkan urutan dan pola ekspresi yang berbeda di mana kerabat seksual mereka memiliki alel yang sangat terkait erat, " kata Danchin. "Kami menduga beberapa salinan ini menyediakan reservoir untuk beradaptasi dengan lingkungan yang berbeda dan host tanaman, dan merupakan keuntungan evolusioner atas keluarga seksual mereka (setidaknya dalam jangka pendek). Keberhasilan parasit mereka yang menarik meskipun tidak ada hubungan seks bisa jadi karena asal hibrida mereka di mana mereka menggabungkan beberapa genom dari nematoda parasit yang beradaptasi dalam satu spesies tunggal. "

Yang mengatakan, ada banyak tentang cacing parasit kecil ini yang masih belum diketahui dan memahami kondisi yang mengarah ke perkembangan mereka dapat membantu ilmuwan membiakkan varietas tanaman yang resisten serta menjaga terhadap munculnya hibrida baru yang lebih agresif dan menghancurkan, para peneliti menyimpulkan.

Studi ini dipublikasikan di PLOS .

Sumber: PLOS melalui EurekAlert

Tanda-tanda kisah yang membengkak dari tanaman tomat yang terinfeksi dengan nematoda akar-simpul Selatan, cacing parasit aseksual yang merupakan kutukan dari petani (Kredit: Diana Fernandez / IRD-UM2-Cirad)

Tampilan jarak dekat dari nematoda akar-simpul remaja (Kredit: Diana Fernandez / IRD-UM2-Cirad)