Определение пола, покой, водный баланс: Фитогормон абсцизовая кислота разветвился в процессе эволюции. Международная исследовательская группа представляет новые идеи по этому вопросу в научном журнале PNAS.
Поскольку растения попали на сушу в виде мхов еще в далеком прошлом Земли, поначалу они зависели от влажной среды. Но столкнувшись с периодическими засушливыми периодами, они придумали, как выжить в иссушенном состоянии.
Когда папоротники вступили в стадию жизни, у них образовался непроницаемый восковой покров. Вскоре появились поры на листьях, что позволило растению обмениваться углекислым газом и кислородом с окружающей средой. Эти поры закрываются в сухих условиях, чтобы предотвратить потерю слишком большого количества воды в результате испарения.
Ранние наземные растения подверглись эволюционному давлению необходимости экономить воду. «Очевидно, что размножение папоротников было «испытательным треком» для поиска оптимальной регуляции пор листьев», - говорит профессор Райнер Хедрих из Вюрцбургского университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Баварии, Германия.
Изучение регуляции пор у ранних наземных растений
Это предположение подтверждается новыми данными, опубликованными в PNAS. Вместе с международной группой исследователей из Вюрцбурга, Хобарта (Австралия) и Пердью (США) Хедрич изучил регулирование пор у наземных растений на ранней стадии эволюции.
Эксперименты были сосредоточены на абсцизовой кислоте (АБК), растительном гормоне, который регулирует водный баланс и функцию пор у высших цветковых растений. ABA также необходима для запуска состояния покоя. Исследователи обнаружили, что гормон еще не выполнял эти функции у ранних наземных растений. Вместо этого гормон играл ключевую роль в определении пола.
Воздействие фермента папоротника на цветковые растения
Хотя эти три процесса принципиально различны, все они начинаются одинаково: гормон ABA соединяется со своим рецептором и запускает фермент OST1 через ряд промежуточных стадий. У цветковых растений этот фермент активирует даже анионный канал SLAC1 в замыкающих клетках листьев, что приводит к закрытию пор листа.
У папоротников этот процесс отличается: у Ceratopteris richardii OST1 играет решающую роль в определении пола, но он не способен влиять на водный баланс папоротника. «Но если вы вводите OST1 от папоротника в мутанты цветкового растения Arabidopsis, у которых отсутствует OST1, он способен восстанавливать там повреждение сигнала ABA», - объясняет Хедрич. Исследователи обнаружили, что этот результат подтверждается для Selaginella moellendorffii.
Следующие шаги исследования
Итак, предшественники цветковых растений уже разработали сигнальный путь АБК с OST1, но еще не используют его для контроля своего водного баланса. Ключ к пониманию этого явления, по-видимому, лежит в ионном канале SLAC1. «У папоротников он, вероятно, еще недостаточно развит, чтобы активироваться OST1», - говорит профессор Дитмар Гейгер, коллега Хедриха из JMU.
Теперь они должны проверить это предположение: как изменились взаимодействия между OST1 и SLAC1, когда папоротники превратились в первые цветковые растения? Чтобы разобраться в этом вопросе, вюрцбургские ученые теперь хотят изучить уровень взаимодействия OST1-SLAC1 у растений на разных стадиях эволюции.