葉子上的微小氣孔，叫做氣孔，對我們星球的狀態(tài)有很大的影響。植物通過氣孔吸收二氧化碳，二氧化碳混合成碳水化合物并釋放氧氣。但是它們也會通過開放的氣孔失去水分，這可能會在干燥的條件下威脅植物的生命。
因此，植物發(fā)展了復雜的信號轉(zhuǎn)導途徑，優(yōu)化氣孔的開放寬度以匹配環(huán)境條件。它們可以打開或關(guān)閉這些洞，以響應光、二氧化碳和水的可用性的變化。負責這種監(jiān)督的信號路徑是如何發(fā)展的？目前，植物科學家賴納赫德里奇的團隊正在德國巴伐利亞州的朱利葉斯-馬克西米利安大學(JMU)進行研究。
“我們目前正在收集和分析來自不同植物物種的數(shù)據(jù)，”Hedrich教授說。他解釋說，這項研究也與農(nóng)業(yè)有關(guān)：“關(guān)于這些信號通路進化的知識可以用于培育可以少用水生長的作物。”畢竟，通過灌溉系統(tǒng)供應給植物的大部分飲用水通過氣孔消失了。鑒于氣候變化，能夠很好地應對干旱的植物品種備受追捧。
重建重要基因的歷史
在《植物科學趨勢》雜志上，JMU的研究人員弗朗西絲蘇斯邁希博士、約爾格舒爾茨教授、黑德里奇教授和羅布羅爾夫塞馬博士總結(jié)了植物調(diào)節(jié)水平衡的信號通路的現(xiàn)有知識。
rzburg團隊重建了控制開花植物葉片氣孔運動的重要基因的進化歷史。原來，這些基因大部分屬于所有植物群體中發(fā)現(xiàn)的舊基因家族，包括綠藻。這些基因家族可能是在第一批植物在這片土地上定居之前發(fā)展起來的。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，只有在種子植物或開花植物發(fā)育完成后，才能從蕨類植物的共同祖先中分離出一些控制葉片氣孔響應光和二氧化碳而打開和關(guān)閉的特定基因。
保護細胞中的特定信號基因可以被調(diào)節(jié)。
在他們的工作中，JMU科學家密切關(guān)注植物的保衛(wèi)細胞。這兩個細胞圍繞著每個葉片孔。當保護性細胞中的液壓升高時，氣孔打開。如果壓力降低，氣孔就會關(guān)閉。
在開花植物的保衛(wèi)細胞中，一些關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導基因的產(chǎn)物具有獨特的性質(zhì)，或者其濃度遠高于周圍葉細胞的濃度。這些基因的特異性對于控制保護細胞中的液壓可能是重要的。
研究人員還利用苔蘚酸漿菌專利的現(xiàn)有數(shù)據(jù)檢查了相關(guān)基因?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，感興趣的苔蘚基因沒有一個是氣孔組織特有的，但所有這些基因也在沒有這些氣孔的組織中表達，”Frances Sussmilch說。Roelfsema和rgSchultz補充道：“在發(fā)育中的植物和祖先共享苔蘚分化后，在植物進化的后期，保衛(wèi)細胞中具有特定功能的信號基因可能會出現(xiàn)?！?
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