Механизм развития устьиц оказался эволюционно консервативным
Международная группа исследователей обнаружила генетический механизм, ответственный за развитие устьиц — микроскопических клапанов на поверхности растений, которые обеспечивают поглощение CO2 и выделение кислорода и водяного пара. Этот механизм, ранее известный у цветковых растений (например, Arabidopsis thaliana), был найден у мха Physcomitrella patens. Сходство между двумя системами указывает, что механизм существовал уже у последнего общего предка мхов и цветковых растений. Исследованием руководили биологи профессор Ральф Рески (Университет Фрайбурга, Германия) и профессор Дэвид Дж. Берлинг (Университет Шеффилда, Великобритания). Результаты опубликованы в журнале Nature Plants.
Устьица возникли более 400 миллионов лет назад, когда первые растения начали колонизировать сушу. Эффективный газообмен с атмосферой, который они обеспечивают, позволил растениям распространиться и заложил основу для развития сложных экосистем. В отличие от сосудистых растений с корнями, стеблями, листьями и проводящей системой, у мхов, лишённых сосудов, оставалось неясным, какие гены отвечают за развитие устьиц.
Исследователи обнаружили, что взаимодействие двух белков, PpSMF1 и PpSCRM1, у Physcomitrella запускает развитие устьиц. При удалении одного из этих генов мох развивался без устьиц. Этот механизм оказался сходным с взаимодействием белков MUTE и FAMA, которое запускает развитие устьиц у Arabidopsis. Таким образом, гены, кодирующие эти белки, происходят от последнего общего предка мхов и цветковых растений — древних растений, вышедших из пресных вод на скалы.
«Наши результаты показывают, что развитие устьиц возникло более 400 миллионов лет назад и предшествовало появлению корней, стеблей и листьев, — поясняет Рески. — Эта эволюционная инновация коренным образом изменила глобальные циклы углерода, воды и энергии и стала предпосылкой для всех форм жизни на суше, включая нас, людей».