Ученые проследили эволюцию гормонального пути растений на 450 миллионов лет

Ученые из Университета Пердью исследовали эволюцию пути фитогормона абсцизовой кислоты (ABA), который передавался и перепрофилировался новыми видами с момента выхода первых растений на сушу около 450 миллионов лет назад.

У современных цветковых растений (покрытосеменных) ABA контролирует покой семян до готовности к прорастанию и регулирует открытие/закрытие устьиц на листьях для газообмена. Гормон критически важен для устойчивости к засухе: при водном стрессе уровень ABA резко возрастает, устьица закрываются, что предотвращает увядание.

Исследование началось с изучения папоротников и плауновидных. Создав линию мутантных папоротников Ceratopteris richardii, неспособных воспринимать ABA, ученые обнаружили, что у мутантов и диких растений реакция на водный стресс не различалась. Это противоречило ожиданиям, что ABA регулирует устьица у всех растений.

Совместно с учеными из Университета Тасмании (Австралия) и Университета Вюрцбурга (Германия) было установлено, что у папоротников ABA играет ключевую роль в определении пола:

  • При воздействии ABA дикое растение становится женским.
  • При нарушении пути ABA (у мутантов) растение становится мужским, даже в присутствии гормона.

Также подтвердилось, что ABA связан с покоем спор у папоротников, аналогично покою семян у цветковых.

Сравнение генов модели Arabidopsis (цветковое растение) и папоротника Ceratopteris позволило найти гомологичный ген, ответственный за передачу сигнала ABA. Анализ белков показал, что у папоротников белки активированного пути ABA не взаимодействуют с белками, управляющими устьицами. Ученые пришли к выводу, что регуляция закрытия устьиц с помощью ABA — новшество, появившееся у покрытосеменных, которые эволюционировали от папоротников около 150 миллионов лет назад.

Первоначальной функцией ABA, вероятно, было поддержание состояния покоя для выживания в условиях обезвоживания на суше. Этот древний механизм был позже кооптирован цветковыми растениями для контроля устьиц и засухоустойчивости, а у папоротников сохранил роль в определении пола и покое спор.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа по изучению гормональных путей у плауновидных и папоротников продолжается.