Ученые Purdue получили представление о более чем 450 миллионах лет эволюции, проследив функцию гормонального пути, который был передан и ассимилирован новыми видами с тех пор, как первые растения вышли на сушу.
Сегодня цветущие растения, известные как покрытосеменные, используют фитогормон абсцизовую кислоту (АБК), чтобы сохранять семена в состоянии покоя до тех пор, пока они не будут готовы к прорастанию, а также открывать и закрывать устьица, крошечные отверстия на листьях, используемые для контроля газообмена.
«Этот гормон важен для устойчивости к засухе», - говорит Джоди Бэнкс, профессор ботаники и патологии растений Университета Пердью. «Когда растения испытывают водный стресс, уровень АБК резко возрастает и закрывает устьица, поэтому растения не увядают так быстро».
Однако было неясно, какую роль АБК играет в папоротниках и других ликофитах, которые изучает Бэнкс. Как и многие ее сверстники, Бэнкс предполагала, что ABA также будет играть роль в функции устьица.
Но когда она разработала линию мутантных папоротников, которые не могли обрабатывать АБК, она обнаружила, что нет никакой разницы между ее мутантами и папоротниками дикого типа, испытывающими водный стресс.
Бэнкс отложил исследование почти на два десятилетия, прежде чем объединиться с учеными из Университета Тасмании в Австралии и Университета Вюрцбурга в Германии. Вместе они определили, что ABA играет ключевую роль в определении пола папоротников, используя механизм, который был заимствован цветковыми растениями для устойчивости к высыханию.
Сопоставив гены арабидопсиса, модельного цветкового растения, и папоротника Ceratopteris richardii, ученые из Университета Тасмании обнаружили гомологичный ген папоротника, ответственный за передачу сигналов ABA. Затем ученые из Вюрцбургского университета обнаружили, что белки, образующиеся при включении сигнального пути АБК, не взаимодействуют с белками, открывающими и закрывающими устьица. Они поняли, что регулирование закрытия устьиц с помощью АБК было новым для покрытосеменных растений, которые произошли от папоротников около 150 миллионов лет назад.
Они обнаружили, что ABA способствует женственности папоротников. Когда растение дикого типа подвергается воздействию АБК, оно становится женским. Когда пути АБК нарушены, как в случае с мутантами, изученными Бэнксом, растения становятся мужскими даже в присутствии АБК. Они также обнаружили, что АБК связана с покоем спор у папоротников, так же как АБК связана с покоем семян у покрытосеменных растений.
«Содействие бездействующему состоянию, вероятно, было первоначальной функцией ABA, когда растения выходили из воды на сушу», - сказал Бэнкс. «Вам не понадобился бы этот сон, если бы вы жили в воде. Но на суше вам нужно иметь сон, чтобы пережить высыхание». Бэнкс и ее коллеги продолжат изучение других путей действия АБК у ликофитов и папоротников, а также гормонов, контролирующих пол растений.