Международная группа исследователей обнаружила генетический механизм, ответственный за развитие устьиц - микроскопических клапанов на поверхности растений, облегчающих поглощение углекислого газа и выделение кислорода и водяного пара. Исследователи обнаружили этот механизм, который ранее был известен у цветковых растений, таких как Arabidopsis thaliana, у мха Physcomitrella patens и обнаружили сходство между ними, подразумевая, что он уже существовал у последнего общего предка мхов и цветковых растений. Команду возглавляли биологи профессор Ральф Рески из Университета Фрайбурга/Германия и профессор Дэвид Дж. Берлинг из Университета Шеффилда/Великобритания. Результаты были опубликованы в журнале Nature Plants.
Устьица возникли более 400 миллионов лет назад, когда первые растения колонизировали прежде враждебные массивы суши. Поскольку устьица способствуют эффективному газообмену с атмосферой, они способствовали распространению растений и последующей эволюции наших сложных экосистем. В отличие от более развитых сосудистых растений с корнями, стеблями, листьями и сосудами, необходимыми для транспорта воды и питательных веществ, у мхов, не имеющих сосудов, оставалось неясным, какие гены ответственны за развитие устьица.
Исследовательская группа обнаружила, что взаимодействие между двумя белками PpSMF1 и PpSCRM1 у Physcomitrella является триггером, ответственным за развитие устьиц у мхов. Когда они удалили один из этих генов, мох развился без устьиц. Исследователи обнаружили, что этот механизм похож на взаимодействие двух белков MUTE и FAMA, которое запускает развитие устьиц у арабидопсиса. Таким образом, гены, кодирующие эти белки, происходят от последнего общего предка мхов и цветковых растений - доисторических растений, которые покинули пресную воду, чтобы жить на скалах, и таким образом заложили основу для развития всех нынешних экосистем на материке.
«Наши результаты показывают, что развитие устьиц началось более 400 миллионов лет назад и предшествовало развитию корней, стеблей и листьев», - объясняет Рески. «Эта эволюционная инновация коренным образом изменила глобальные циклы углерода, воды и энергии и, таким образом, стала предпосылкой для всех форм жизни на материке, включая нас, людей».